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

NGUYỄN THỊ NGỌC NỮ

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ GIẢM
KHẢ NĂNG CHÁY CHO GIẤY CARTON

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 07 /201


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

NGUYỄN THỊ NGỌC NỮ

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ GIẢM
KHẢ NĂNG CHÁY CHO GIẤY CARTON

Ngành: Công Nghệ Giấy Và Bột Giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: TS. HOÀNG THỊ THANH HƯƠNG

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 07 /2011

i


LỜI CẢM TẠ
Để hoàn thành tốt đề tài như hôm nay tôi xin chân thành cảm ơn:
Toàn thể thầy cô trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thầy
cô khoa Lâm Nghiệp bộ môn Công Nghệ Giấy Và Bột Giấy đã giảng dạy và truyền
đạt kiến thức thật sự cần thiết trong những năm tháng theo học ở trường.
Tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô TS. Hoàng Thị Thanh Hương –
Giáo viên hướng dẫn, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tôi trong
suốt thời gian thưc hiện đề tài này.
Ban giám đốc Công Ty Cổ Phần Giấy An Bình đã tạo điều kiện tốt nhất để
cho tôi được khảo sát nhà máy, được phép sử dụng phòng kiểm tra chất lượng ở
phần bột và phần giấy để tiến hành thí nghiệm.
Trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản – giấy và bột giấy đã giúp tôi tiến
hành thí nghiệm thành công.
Cảm ơn cha mẹ, người đã sinh thành và nuôi dưỡng con đến ngày hôm
nay, đã tạo mọi kiện tốt nhất về tinh thần và vật chất để con học tập và hoàn thành
luận văn tốt nghiệp. Cảm ơn anh chị em trong gia đình đã quan tâm và tạo điều
kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài.
Tập thể lớp Công Nghệ Giấy Và Bột Giấy và bạn bè tôi đã động viên, giúp
đỡ tôi trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp tại trường.
Trân trọng cảm ơn
Nguyễn Thị Ngọc Nữ

ii



TÓM TẮT
Đề tài: “ Nghiên cứu một số thông số công nghệ giảm khả năng cháy cho giấy
carton”
Thời gian thực hiện: 21/02/2011 đến 21/07/2011.
Địa điểm: Phòng thí nghiệm Trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản – giấy
và bột giấy – trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.
Luận văn đưa ra được phương pháp sản xuất giấy carton chậm cháy, hóa chất
sử dụng gây ít độc hại với môi trường và con người. Với loại hóa chất dùng thí
nghiệm: H3BO3 40%, Na2B4O7.10H2O 40%, (NH4)2HPO4 20%.
Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm.
Kết quả đạt được:
-

Hàm hồi quy tương quan dạng mã hoá:
YTgCHM = 20,85607+ 0,68987X1 + 0,67026X2 − 2,31911X12 − 1,53444X22
YDB = 2,969794 − 0,08550X1 + 0,12085X2 − 0,12264X12 − 0,17294X22

-

Hàm hồi quy tương quan dạng thực:
YTgCHM = −231,089 + 2,92091C + 3,749692A − 0,09276C2 − 0,01534A2
YDB= −24,2323 + 0,130077C + 0,427161A − 0,00491C2 − 0,00173A2

Giá trị tối ưu của các thông số công nghệ về nồng độ hoá chất và định lượng như
sau:
-

Nồng độ hoá chất: 15%.


-

Định lượng: 120g/m2
Giá trị tối ưu của các chỉ tiêu về thời gian cháy hết mẫu và độ bục (kPa.m2/g)

như sau:
-

Thời gian cháy hết mẫu: 20,92096(s)

-

Độ bền: 2,96132(kPa.m2/g)

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM TẠ ...................................................................................................... ii
TÓM TẮT.......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ...........................................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................. vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................ix
DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ ...................................................xi
Chương 1 MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết đề tài .............................................................................................. 1
1.2. Ý nghĩa khoa học - thực tiễn ................................................................................ 2
1.2.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 2
1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................... 2

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................ 2
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 2
Chương 2 TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
2.1. Tình hình nghiên cứu chống cháy ........................................................................ 3
2.1.1. Trên thế giới ...................................................................................................... 3
2.1.2. Ở Việt Nam ....................................................................................................... 6
2.2. Giấy carton ........................................................................................................... 6
2.2.1. Khái niệm .......................................................................................................... 6
2.2.2. Phân loại giấy carton ......................................................................................... 6
2.2.3. Ưu điểm của việc sản xuất giấy carton ............................................................. 8
2.3. Cơ sở lí thuyết của quá trình nghiên cứu ............................................................. 8
2.3.1. Bốn dạng hình thái cháy.................................................................................... 8
2.3.2. Quá trình cháy của giấy..................................................................................... 9
2.3.3. Các chất chống cháy và phụ gia chống cháy ..................................................12
2.3.3.1. Phân loại chất chống cháy và cơ chế của nó. ...............................................13

iv


2.3.3.2. Các chất phụ gia. ..........................................................................................15
2.3.4. Phân tích cơ chế chống cháy của giấy. ...........................................................16
2.3.4.1 Cơ chế vật lý .................................................................................................16
2.3.4.2 Cơ chế hóa học ..............................................................................................17
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................19
3.1. Mục tiêu - Mục đích ...........................................................................................19
3.1.1. Mục tiêu ..........................................................................................................19
3.1.2. Mục đích..........................................................................................................19
3.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................19
3.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................19

3.3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................20
3.3.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm .............................................................20
3.3.2.1. Phương pháp nghiên cứu thăm dò................................................................20
3.3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xử lý chống cháy cho giấy carton. .23
3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu...............................................................................28
3.3.4. Các phương pháp công nghệ xử lý chống cháy cho giấy ...............................29
3.3.4.1. Phương pháp gia hóa chất trực tiếp vào dòng bột ........................................29
3.3.4.2. Tráng phủ chất chống cháy trên bề mặt giấy ...............................................29
3.3.4.3. Gia hóa chất trực tiếp vào dòng bột và tráng phủ thêm một lớp chất chống
cháy trên bề mặt giấy ................................................................................................31
3.3.5. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng chống cháy ....................................................31
3.3.6. Các phương pháp kiểm tra khả năng chống cháy ...........................................31
3.4. Vật liệu thí nghiệm. ............................................................................................32
3.4.1. Hóa chất. .........................................................................................................32
3.4.2. Giấy handsheet. ...............................................................................................36
3.4.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm. ......................................................................36
3.5. Thí nghiệm xác định các thông số công nghệ ....................................................38
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................40
4.1. Kết quả nghiên cứu. ...........................................................................................40

v


4.1.1. Các thông số của mẫu đối chứng. ...................................................................40
4.1.2. Kết quả nghiên cứu thăm dò. ..........................................................................44
4.1.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm. ...................................................................48
4.1.3.1.Xây dựng phương trình tương quan dạng mã hóa ........................................48
4.1.3.2. Chuyển mô hình về dạng thực ....................................................................54
4.2. Xác định các thông số tối ưu ..............................................................................54
4.2.1. Xác định các thông số tối ưu hóa hàm một mục tiêu ......................................54

4.2.2 Xác định các thông số tối ưu hóa hàm đa mục tiêu .........................................55
4.3. Nhận xét – đánh giá kết quả nghiên cứu. ...........................................................58
4.4 Kết quả giá trị các thông số công nghệ. ..............................................................59
4.5 Đề xuất quy trình sản xuất giấy carton chậm cháy .............................................59
Chương 5 KẾT LUẬN – ĐẾ NGHỊ..........................................................................64
5.1. Kết luận ..............................................................................................................64
5.2. Đề nghị ...............................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66
PHỤ LỤC ..................................................................................................................68 

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
OCC (Old Corrugated Container) : Giấy bao bì và hộp carton cũ
0

SR (Schopper Reigler)

: Độ nghiền

TPHCM

: Thành Phố Hồ Chí Minh

Handsheet

: Tờ giấy xeo tay

TCVN


: Tiêu chuẩn Việt Nam

CP

: Cổ phần

TNHH

: Trách nhiệm hữu hạn

BC (Bbefore Christ)

: Trước công nguyên

CFS (Center Fire Statistics)

: Trung tâm thống kê các vụ cháy trên thế giới

CTIF (International Association of Fire and Rescue Services)
: Hiệp hội quốc tế về các vụ cháy và cứu hộ.
OECD (the Organisation for Economic Co-operation and Development)
: Tổ chức hợp tác kinh tế và phát triển
SCAN (Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee):
Hội đồng kiểm tra bột giấy, giấy và carton Bắc
Âu.
THPC

: Tetra (hydroxymethyl) phosphonium chloride


PVC

: Nhựa polyvinylclorua

US

: Mỹ

PCCC

: Phòng cháy chữa cháy

X

: Halogen

R

: Gốc hữu cơ (hydrocacbon, phenyl,…)

RX

: Chất chống cháy hữu cơ có chứa halogen

RP

: Chất chống cháy hữu cơ có chứa phốt pho

RPX


: Chất chống cháy hữu cơ có chứa halogen và
phốt pho

P-N

: Chất chống cháy có chứa phốt pho và Nito

vii


BKD

: Bột khô tuyệt đối

TN

: Thí nghiệm

KQ

: Kết quả

DD

: Dung dịch

STT

: Số thứ tự


TTTN

: Thứ tự thí nghiệm

SLLL

: Số lần lặp lại

M

: Kim loại

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Một số tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm ở của công ty: ............................. 7
Bảng 3.1. Hóa chất thăm dò tráng phủ. .....................................................................21
Bảng 3.2: Hóa chất thăm dò .....................................................................................22
Bảng 3.3. Dự kiến các thông số đầu vào và đầu ra như sau: ....................................26
Bảng 3.4: Các phương pháp tráng phủ ......................................................................30
Bảng 3.5. các hạng mục đo đạc khả năng chống cháy. .............................................32
Bảng 3.6. Một số chất chống cháy ............................................................................33
Bảng 3.7: Các thiết bị thí nghiệm .............................................................................36
Bảng 3.8. Các mức và bước thay đổi của các thông số thí nghiệm ..........................39
Bảng 3.9. Ma trận thí nghiệm xử lý chống cháy cho giấy carton. ............................39
Bảng 4.1: Các kí hiệu thường gặp: ............................................................................40
Bảng 4.2: Các thông số của mẫu giấy làm từ bột sản xuất giấy medium. ................41
Bảng 4.3: Các thông số của mẫu giấy làm từ bột sản xuất lớp mặt giấy white top ..42

Bảng 4.4: Các thông số của mẫu giấy làm từ bột sản xuất lớp mặt giấy white top có
gia chất chống cháy Al(OH)3 với A = 120 (g/m2) ....................................................43
Bảng 4.5: Các thông số của mẫu giấy làm từ bột sản xuất lớp mặt giấy white top có
gia chất chống cháy Sb2O3 với A = 120 (g/m2) ........................................................44
Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò công thức 1 .........................45
Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò công thức 2 .........................45
Bảng 4.8: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò công thức 3 .........................46
Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò công thức 5 .........................46
Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò công thức 6 .......................47
Bảng 4.11: Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu thăm dò công thức 7 .......................47
Bảng 4.12: Bảng giá trị thực nghiệm các yếu tố đầu ra ............................................48
Bảng 4.13: Bảng giá trị Ti của hàm Y1 .....................................................................49
Bảng 4.14: Bảng kết quả thời gain cháy hết mẫu lý thuyết (YTgCHM) .......................51
Bảng 4.15: Bảng giá trị Ti của hàm Y2 .....................................................................52

ix


Bảng 4.16: Bảng kết quả độ bục lý thuyết (YDB) ......................................................53
Bảng 4.17: Kết quả tính toán tối ưu của hàm một mục tiêu .....................................55
Bảng 4.18: Kết quả tối ưu hàm hai mục tiêu.............................................................58
Bảng 4.19: Bảng tổng hợp giá trị các thông số công nghệ. ......................................59

x


DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ
Trang
2


Hình 3.1: Giấy handsheet định lượng 120g/m .........................................................36
Hình 4.1: Giấy sau khi xử lý chống cháy ..................................................................48
Hình 4.2: Biểu đồ tương thích của mô hình lý thuyết với thực nghiệm hàm Y1 ......51
Hình 4.3: Biểu đồ tương thích của mô hình lý thuyết với thực nghiệm hàm Y2 ......54
Hình 4.4: Nguyên liệu sản xuất giấy carton tại công ty cổ phần giấy An Bình........60 

Biểu đồ 2.1: Thống kê các chất chống cháy sử dụng trong năm 1992 .....................12
Biểu đồ 4.1: Đánh giá mức ảnh hưởng giữa định lượng với thời gian cháy hết mẫu
và tỉ lệ tổn thất khối lượng. .......................................................................................42 

Sơ đồ 2.1: Quá trình cháy khép kín của giấy ............................................................10
Sơ đồ 2.2: Quá trình cháy lan của giấy ....................................................................10
Sơ đồ 3.1: Tổ chức thí nghiệm thăm dò ....................................................................22
Sơ đồ 4.1: Quá trình sản xuất giấy Carton chậm cháy ..............................................62

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết đề tài
Trong công nghệ sản xuất giấy, giấy carton được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực của xã hội, là một sản phẩm không thể thiếu trong nhu cầu cuộc sống con
người, đặc biệt rất cần trong mọi ngành sản xuất. Giấy carton có rất nhiều chủng
loại khác nhau nhưng đều được cấu tạo chủ yếu từ xơ sợi cellulose, là hợp chất hữu
cơ dễ cháy và bùng phát. Những năm gần đây tình hình cháy nổ diễn biến hết sức
phức tạp, đặc biệt là trong cái nắng gắt của tháng mùa khô chỉ cần một sơ suất, một
mồi lửa nhỏ, chập điện có thể gây thiệt hại to lớn về người và tài sản. Trung tâm
thống kê các vụ cháy trên thế giới (CTIF) đã thống kê vào cuối thế kỷ XX, đầu thế
kỷ XXI: Số các vụ cháy có khoảng 7000.000- 8000.000 vụ, số người bị thương

500.000- 800.000 người và số người chết cháy là 70.000- 80.000 người.
Cục Cảnh sát PCCC và cứu nạn, cứu hộ- Bộ Công an nước ta đã thống kê
trên địa bàn cả nước trong giai đoạn 2000- 2011: Tổng các vụ cháy khoảng 5.906
vụ, số người bị thương và chết đến 2.851 người và thiệt hại về kinh tế là 3291 tỉ
đồng.
Nguyên nhân chủ yếu là do điện, sự cố thiết bị, vi phạm quy trình kỹ thuật, vi
phạm luật PCCC. Ngày nay có nhiều biện pháp PCCC nhưng việc sử dụng các vật
liệu chống cháy và chậm cháy thì còn hạn chế. Vì vậy, công tác PCCC hiện nay rất
quan trọng và cấp bách trong mọi lĩnh vực nói chung và ngành giấy nói riêng.
Bao bì carton ở Việt Nam đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo quản sản
phẩm, góp phần nâng cao tính thẩm mỹ, tăng thêm giá trị của hàng hóa, đảm bảo tốt việc

1


bảo quản và vận chuyển sản phẩm. Tuy nhiên giấy carton còn có nhược điểm là dễ cháy và
khả năng bắt lửa nhanh.
Xuất phát từ nhu cầu kinh tế, tầm quan trọng của việc PCCC nhằm mục đích
chính là giảm tổn thất và thiệt hại về tài sản và an toàn về tính mạng cho con người.
Vì vậy việc “ Nghiên cứu một số thông số công nghệ giảm khả năng cháy cho giấy
carton ” là vấn đề cấp thiết có ý nghĩa quan trọng trong mỗi lĩnh vực, mỗi ngành
kinh tế.
1.2. Ý nghĩa khoa học - thực tiễn
1.2.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài trình bày các vấn đề cốt yếu về lý thuyết chống cháy cho giấy và
nghiên cứu tạo ra giấy chậm cháy phù hợp với trang thiết bị và điều kiện sản xuất
của Việt Nam cũng như trên thế giới.
1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của quá trình nghiên cứu có thể áp dụng để xử lý giấy chậm cháy.
Có ý nghĩa trong việc phòng tránh những tổn thất do cháy gây ra.

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Tiến hành nghiên cứu trên loại giấy carton tại Trung Tâm Nghiên Cứu Chế
Biến Lâm Sản – Giấy và Gột Giấy và công ty Cổ Phần Giấy An Bình.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài xác định một số thông số công nghệ và lựa chọn công
nghệ sản xuất giấy chậm cháy. Để đánh giá một cách hoàn thiện về hiệu quả sử
dụng chất chống cháy trong quá trình sản xuất giấy carton cần phải xem xét rất
nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất: phương pháp sản xuất, loại
nguyên liệu, tốc độ máy, điều kiện thí nghiệm…

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tình hình nghiên cứu chống cháy
2.1.1. Trên thế giới
Qua nhiều năm nghiên cứu chống cháy vì nhu cầu và tính an toàn cho xã hội,
các nhà khoa học đã tìm ra hàng trăm chất chống cháy khác nhau trên thế giới.
Năm 360 B.C, người ta đã biết sử dụng giấm ăn làm chất chống cháy cho gỗ.
Đến năm 450 B.C, người Hi Lạp đã dùng phèn kép và kết hợp giữa phèn kép và
giấm để cản trở khả năng bắt lửa của gỗ
Vào năm 77 AC, amiăng được biết đến có khả năng chống cháy nhưng rất có
hại cho sức khỏe con người. Và đến năm 1907, các nhà khoa học đã phát hiện ra các
hóa chất có chứa halogen có tác dụng chống cháy.
Năm 1638 Nicholas Sabbatini đã biết sử dụng thạch cao kết hợp với đất sét
để chống cháy cho tấm màn sân khấu. Năm 1735 Obadiah Wyld được cấp bằng
sáng chế đầu tiên ở Anh về nghiên cứu ra hợp chất chống cháy: Hàn the, phèn,
sulphat sắt. Hỗn hợp được sử dụng trên gỗ và dệt may.

Hợp chất này chống cháy tốt và ngày nay thường được sử dụng đó là:
(NH4)3PO4, NH4Cl, (NH4)2SO4 và hàn the được nhà khoa học Guy Lussac (Pháp) đã
phát minh ra vào năm 1821
Năm 1912 - 1953, William Henry Perkin đã trở thành người đầu tiên nghiên
cứu hệ thống cơ chế chống cháy của các chất chống cháy. Và đã tìm ra hỗn hợp
dung dịch chống cháy sodium stannate (Na2SnO3.3H2O), (NH4)2SO4 và THPC
chống cháy cho rất nhiều ngành như: giấy, nhựa, sơn, đồ nội thất, vải, vật liệu xây
dựng.

3


Năm 1960, S. M. Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ, như: Chất
chống cháy hệ N – P, nhóm Halogen. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, sự kết hợp giữa
hợp chất hữu cơ, vô cơ, oxit và hidroxit có chứa các thành phần khó cháy: brom,
clo, nitơ, bo, và kim loại. Ứng dụng đặc biệt là sử dụng trong ngành nhựa, cơ khí,
điện tử.
Vào những năm 1970 đến 1980, Liên Xô đã tạo ra chất chống cháy axit
photphoric đa tụ tạo ra do phản ứng của ure, melamin với axit photphoric (H3PO4).
Hợp chất này chống cháy rất tốt cho vải, ván dăm và ván sợi [24].
Năm 1971, Roland Hendrik, đã tạo ra giấy carton cứng chậm cháy. Hóa chất
sử dụng ammonium hydroxide/boric (NH4OH/H3BO3)= 0,3/1->0,4/1. Hỗn hợp này
được cho ngay vào dòng bột [22].
Năm 1973 Sidney Bruce. Đã tạo ra giấy chống cháy với hỗn hợp:
Zinc borate ( hỗn hợp oxit kẽm và oxit boron ): 2-75%
Antimony oxit ( Sb2O3, hoặc Sb4O6)

: 2- 75%

Organic halide ( dùng loại PVC)


: 15- 85%

Tuy nhiên thì tác giả cho rằng Zinc borate ZnO.B2O3.H2O 25%, Sb2O3 25%,
PVC 50% thì hiệu quả chống cháy cho giấy rất cao. Hợp chất này chống cháy tốt
cho giấy với định lượng thấp khoảng 20- 30%, định lượng cao khoảng 10%, cho
giấy với định lượng rất cao khoảng 5% (giấy carton). Đối với giấy carton cách điện,
cách âm thì chỉ sử lý chống cháy trên bề mặt. Tác giả cho rằng hợp chất chống cháy
này được cho vào trước thùng đầu, hoặc cho ngay bơm quạt nhằm đảm bảo tính
đồng đều của hóa chất với dòng bột. Bên cạnh đó hóa chất chống cháy hoạt động
trong môi trường axit có pH = 4 – 5 vì vậy tác giả dùng Al(OH)3 làm môi trường,
đồng thời Al(OH)3 cũng có tính chống cháy [19].
Năm 1996, Philip L. Robinson, đã tạo giấy Kraft chống cháy với hóa chất là
borax, Al(OH)3 và nhựa phenolic. Môi trường tốt để sản xuất giấy này là pH = 8 –
9, với sử dụng chất đệm NaOH, [20].
Năm 2002, Karen và Robert đã tạo ra các sản phẩm chống cháy chứa
Na2SiO3, [21].

4


Năm 2004, Thomas Lally (US), [23], đã phát minh ra chất tráng phủ cho tấc
cả các vật liệu chứa cellulose, như: giấy carton, giấy carton cứng, giấy thép (giấy
tẩm bằng nhựa nhiệt rắn), ván dăm, ván cách âm. Tại đây tác giả sử dụng dung dịch
chống cháy:
MgO

: 5 – 35% khối lượng

KH2PO4 (mono – potassium phosphate)


: 15 – 45% khối lượng

SiO2

: 15 – 45% khối lượng

CaSiO3

: 10 – 45% khối lượng

Tại Anh, người ta chế biến được một xơ sợi kháng cháy rất cao gọi là xơ sợi
“kinon”, nó có khả năng chịu nhiệt đến 2500o C mà chưa bắt cháy. Bên cạnh đó
kinon còn có thêm tính chất rất bền trong các dung môi hữu cơ, độ bền cơ lý cao,
cách nhiệt tốt. Với ứng dụng tạo ra một số loại giấy dùng trong môi trường làm việc
khắc nghiệt [4].
Tại Cộng Hòa Liên Bang Đức, ra đời loại giấy chịu được nhiệt độ cao đến
1100oC. Với phương pháp ngâm tẩm hóa chất chống cháy, sau đó tráng phủ lên bề
mặt giấy một lớp chất có tác dụng kháng cháy dù đốt trong môi trường oxy là 60%,
ngăn thoát hơi nước từ trong tấm giấy thoát ra giúp tờ giấy luôn mềm mại. Giấy này
được dùng trong các chi tiết trên tàu vũ trụ lên mặt trăng [4]
Tại Nhật Bản, tạo ra loại giấy mỏng nhưng có tác dụng kháng cháy rất cao,
vừa cách nhiệt, cách điện vừa dùng để lọc khí trong các môi trường axit, kiềm
mạnh. Được sản xuất theo phương pháp ngâm tẩm hóa chất kháng cháy, sau đó
tráng phủ lên giấy một lớp màng axetylcellulose. Ứng dụng giấy này trong ngành
công nghiệp chế tạo máy, vật liệu xây dựng, các thiết bị hóa chất,…[4]
Mới đây nhất, các nhà khoa học trường Đại học Arkansas (Mỹ) vừa chế tạo
một loại giấy từ các sợi titanium dioxide. Giấy này có khả năng chống cháy đến
700oC, có thể dùng làm màng lọc vi khuẩn, giấy dán tường chống cháy và tự động
phân hủy các chất độc hại trong không khí hoặc bảng quảng cáo chống nhiệt. Giấy

này có thể viết và tẩy xóa được như loại giấy thông thường.

5


Việc nghiên cứu quá trình chống cháy cho giấy là một vấn đề phức tạp. Để
nghiên cứu và tìm ra các chất chống cháy cho giấy phải dựa vào nhiều yếu tố, như:
thành phần hóa học giấy, phương pháp sản xuất giấy, quá trình động học của quá
trình cháy từ đó lựa chọn hóa chất chống cháy phù hợp và đưa ra phương pháp
chống cháy hiệu quả.
Hầu hết các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học chưa đưa ra được
phương pháp chống cháy thống nhất trong ngành giấy mà chỉ đi nghiên cứu chống
cháy cho một số loại giấy.
2.1.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, việc phòng cháy chữa cháy hiện nay cũng đang được nhà nước
quan tâm. Đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu chống cháy cho vật liệu như: Đồ
gỗ, đồ da, hàng may mặc... Tuy nhiên, đặc biệt là giấy thì rất hiếm. Chủ yếu nước ta
nhập các sản phẩm chống cháy từ nước ngoài.
Hiện nay, ở nước ta có ông Nguyễn Văn Thanh nghiên cứu dung dịch chống
cháy cho gỗ, giấy, rừng. Tuy nhiên, ông không chuyên sâu trong lĩnh vực công nghệ
giấy.
2.2. Giấy carton
2.2.1. Khái niệm
Giấy carton là các sản phẩm giấy có định lượng >225g/m2, có độ bền cơ lý
cao
Tuy nhiên tùy vào mục đích sử dụng, yêu cầu của nhà đặt hàng mà một số
loại giấy có định lượng nhỏ hơn 225 g/m2 vẫn được gọi là giấy carton (như các loại
hòm hộp, làm thành phần carton sóng..) và có một số loại có định lượng lớn hơn
225 g/m2 được gọi là giấy lọc…[1]
2.2.2. Phân loại giấy carton

- Carton nhiều lớp (Linerboard hay Duplex, Triplex…): Giấy có ít nhất 2 lớp
và thường sản xuất trên máy xeo dài nhiều lưới và bằng 100% bột hóa.
- Carton thực phẩm (Foodboard): Thường dùng để đóng gói thực phẩm có
thể là 1 lớp hay nhiều lớp và bằng 100% bột hóa tẩy trắng.

6


- Carton hộp (Folding boxboard): Là carton nhiều lớp dùng làm hộp đựng,
lớp mặt bằng bột hóa còn các lớp khác bằng bột thu hồi.
- Carton xốp (Chip board): Bằng 100% bột thu hồi chất lượng thấp.
- Carton có tráng (Base Board): Có tráng phấn hoặc tráng nhựa.
- Carton thạch cao (Gypsum board): Bằng 100% bột thu hồi chất lượng thấp
và dùng làm mặt ngoài của carton làm trần hay tường.
- Carton sóng có những thành phần sản phẩm như sau:
Carton lớp mặt (Carton duplex hoặc Linerboard và Testliner): Định lượng
tiêu chuẩn 205 g/m2 hoặc từ 110 - 440 g/m2, dạng phẳng, yêu cầu chất lượng loại
này quan trọng nhất là độ bền cơ lý cao, tính mỹ quan và có khả năng in tốt. Thông
thường sản xuất từ bột Kraft và phải được nghiền tốt, gia keo tốt.
Carton lớp sóng (Corrugating Paper hoặc Corrugating Medium): Có định
lượng không cao và dùng để làm lớp trong của carton sóng. Định lượng chủ yếu là
115 g/m2, hoặc từ 85 – 180 g /m2.
Bảng 2.1: Một số tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm ở của công ty:
Chủng loại

Định

Độ

Độ


lượng

chịu bục

nén vòng

( g/m2)

(kgf/cm2)

(CD) (kgf)

2,9 – 3,3

10 – 14

7±2

3,0 – 3,5

11,0 – 15,0

7±2

Giấy carton lớp

120 –

mặt nội địa


150

Giấy carton lớp

120 –

mặt chất lượng cao

150

Giấy carton lớp

120 –

sóng nội địa

150

Giấy carton lớp
sóng chất lượng
cao
Giấy white top

120 –
150
150

Độ ẩm
(%)


Màu sắc

Theo yêu
2,3 – 2,9

8,4 – 12,0

7±2

cầu của
khách hàng

2,4 – 3,0

8,8 – 13

7±2

3,5

14,0

7±2

7


2.2.3. Ưu điểm của việc sản xuất giấy carton
¾ Ưu điểm về mặt kinh tế:

- Tận dụng nguồn phế thải của ngành khác làm nguyên liệu cho mình tránh
lãng phí về mặt kinh tế cho đất nước vì tái sử dụng được giấy phế thải. Ta biết rằng
độ bền của giấy carton phụ thuộc vào tính chất bề mặt và độ dày của giấy carton,
cho nên tùy vào việc sản xuất giấy lớp mặt hay lớp sóng mà ta sử dụng các loại
nguyên liệu khác nhau.
- Chi phí nguyên liệu sản xuất thấp so với nguyên liệu bột tinh.
- Chi phí sử lý nước thải thấp hơn nhà máy sản xuất các giấy khác.
- Giảm thiểu được lượng chất thải rắn, góp phần bảo vệ môi trường.
¾ Ưu điểm về công nghệ:
- Dây chuyền sản xuất đơn giản, dễ vận hành.
- Chi phí xây dựng nhà máy thấp nhất trong tấc cả các dây chuyền sản xuất
giấy khác.
- Ứng dụng rộng rãi trong mọi nghành kinh tế.
2.3. Cơ sở lí thuyết của quá trình nghiên cứu
Cháy là phản ứng hóa học của vật liệu với oxy (O2) khi gặp nhiệt độ cao và
giải phóng nhiệt năng đồng thời kèm theo có khói và ngọn lửa, là quá trình biến đổi
về vật chất và năng lượng. Cháy giấy có thể phân thành 4 hình thái: Cháy tự nhiên,
cháy có ngọn, cháy có khói và cháy ở nhiệt độ cao [6].
2.3.1. Bốn dạng hình thái cháy
- Cháy tự nhiên: Cháy trong tình trạng không có tác dụng của nguồn lửa bên
ngoài do chịu nhiệt hoặc do phản ứng phát nhiệt của bản thân đồng thời tích trữ mà
dẫn đến sự cháy.
- Cháy có ngọn lửa: Khi vật chất tiếp xúc với nhiệt độ cao sẽ giải phóng một
lượng khí vào không khí tạo thành hỗn hợp khí dễ cháy. Nếu bị dẫn lửa và cháy giải
phóng một lượng nhiệt lớn đồng thời phát ra ánh sáng, nhiệt lượng phát ra cùng với
sự cháy có ngọn đều lớn hơn so với cháy có khói và cháy ở nhiệt độ cao.

8



- Cháy có khói: Khi cháy trong tình trạng không phát ra ánh sáng mà thông
thường lại có khói do sự cháy thoát ra.
- Cháy nhiệt độ cao: Là quá trình cháy chậm chạp và nhiệt lượng thoát ra
kém nhất không tạo ra khói, lửa mà chỉ tạo thành một than. Quá trình cháy này cần
3 yếu tố: vật có thể cháy, nhiệt độ nhiệt giải và O2. Để quá trình đốt cháy xảy ra
hoàn toàn hay hiệu quả phải giải phóng toàn bộ nhiệt lượng trong vật liệu. Như vậy
phải kiểm soát 3 thông số:
- Nhiệt độ đủ cao để bắt cháy và duy trì việc bắt cháy của giấy.
- Đảm bảo đủ tốt O2 cho quá trình cháy.
- Thời gian phải đủ để hoàn tất quá trình đốt cháy.
2.3.2. Quá trình cháy của giấy
Quá trình cháy giấy là phản ứng oxy hóa giữa hợp chất hữu cơ trong giấy
nhanh giấy để tạo ra nhiệt hoặc nhiệt, khói và ánh sáng. Quá trình cháy chỉ xảy ra
hoàn tất khi khi cung cấp một lượng oxy thích hợp.
Những chất thuộc hợp chất hữu cơ rất dễ cháy vì chứa C, H, O. Vì giấy chứa
nhiều hợp chất hữu cơ nên cũng rất dễ cháy. Sản phẫm của quá trình cháy chỉ có
CO2 và H2O nếu trong giấy chỉ chứa hợp chất hữu cơ lẫn hợp chất vô cơ. Tuy nhiên
trên thực tế không tồn tại điều đó, vì vậy bao giờ sản phẩm đốt cháy sẽ tồn tại tro
hoặc than. Vì đối tượng nghiên cứu là giấy carton chủ yếu sản xuất từ giấy tái chế
chứa đa phần là bột cơ. Chính vì vậy, tôi tiến hành nghiên cứu quá trình cháy của
giấy sản xuất từ bột cơ.
Trong quá trình sản xuất bột cơ từ dăm mảnh. Lúc này trong thành phần dăm
gồm: cellulose, lignin, hemicelulose, chất trích ly và một số chất vô cơ. Chất trích ly
gồm chất hữu cơ và vô cơ thường thì chỉ chiếm 1 – 5% trong gỗ, có khả năng hòa
tan trong dung môi hữu cơ (rượu, benzen, este, NaOH, Na2CO3,…) và một số chất
tan trong nước và nước nóng. Chính vì vậy chất trích ly hầu như tan hoàn toàn qua
quá trình sản xuất, lignin gần như vẫn còn nguyên như trong thành phần nguyên liệu
gỗ ban đầu. Như vậy giấy sản xuất từ bột cơ hiệu xuất cao sẽ chứa: cellulose, lignin
và hemicelulose.


9


Khí không cháy
(CO2, N2)

Giấy

Quá trình
nhiệt phân
- Q1
Thu nhiệt

Đốt cháy

Khí cháy
(C, CO, HCHO, H2)

Cháy có
ngọn

Oxy trong
không khí

+ Q2

Sản phẩm của
quá trình đốt
cháy
(than, tro)


tỏa nhiệt

Hơi
H2O
Phần giấy
dư chưa
phân ly

Gia nhiệt trở lại

Sơ đồ 2.1: Quá trình cháy khép kín của giấy
Quá trình cháy của giấy cũng tương tự quá trình cháy của gỗ, thông thường
cũng có 4 giai đoạn: quá trình gia nhiệt; quá trình phân ly; quá trình bắt lửa và cháy
có ngọn; quá trình hình thành than, tro đồng thời tỏa nhiệt. Nguồn oxy cung cấp cho
quá trình cháy là không khí. Có thể mô tả quá trình cháy lan của giấy như sơ đồ 2.2,
vùng diện tích khi tiếp xúc với nguồn nhiệt là ds, vùng lân cận a1, a2, a3, a4…an
ds

a1
a2

a3

a4…an

Sơ đồ 2.2: Quá trình cháy lan của giấy
¾ Quá trình gia nhiệt: Khi ds tiếp xúc với nguồn nhiệt, bề mặt giấy thu nhiệt và
nóng lên đồng thời bắt đầu bốc hơi nước, nước tự do bốc hơi hết rồi đến nước liên
kết. Độ ẩm của giấy càng cao thì giấy càng bốc hơi nước mạnh và khả năng bắt lửa

của giấy càng chậm. Lúc này phản ứng hóa học trong giấy không xảy ra.
¾ Quá trình phân ly: Khi bề mặt giấy đạt 150oC các phản ứng hóa học bắt đầu
xảy ra chậm chạp. Lúc này cenlulose và hemicelulose sẽ xảy ra phản ứng phân ly
mà không sinh ra ngọn lửa đồng thời kèm theo hơi nước, khí cháy (C, CO…), và có
tỏa nhiệt.

10


(C6H10O5)n

→

6nC + 5nH2O

→

16C + 17H2O

(cellulose)
C16H34O17
(Hemicellulose)
(3C6H10O5 + 2H2O)

¾ Quá trình bắt lửa và cháy có ngọn: Là giai đoạn cellulose, hemicellulose bị
phân hủy tại nhiệt độ khoảng 310oC (đối với cellulose, hemicellulose nguyên chất
thì nhiệt độ này khoảng 320oC) và ngọn lửa xuất hiện. Khi đến nhiệt độ 360oC,
lignin cũng bắt đầu sinh ra các sản phẩm dạng bay hơi nhưng chưa ảnh hưởng gì
nhiều. Quá trình này tỏa nhiệt làm diện tích vùng lân cận a1 thu nhiệt (quá trình đốt
cháy a1 tương tự ds)

C + O2 t CO2 ↑
CO + O2 t CO2 ↑
¾ Quá trình hình thành than tro đồng thời tỏa nhiệt: Tại đây nhiệt độ khoảng
480oC. Lignin tại nhiệt độ này bị hoàn toàn phân rã tạo thành các sản phẩm bay hơi:
CO2, CO, HCHO, H2,…Các chất này bị oxy hóa ngay khi tiếp xúc với nguồn nhiệt
và oxy ngay trên bề mặt giấy. Tại quá trình này than, tro hình thành đồng thời tỏa
nhiệt rất mạnh. Tiếp nối quá trình cháy ds là quá trình cháy lan sang a2, cứ tương tự
như thế tờ giấy sẽ phân hủy hoàn toàn thành than, tro. Nếu tờ giấy cháy mà hình
thành càng nhiều than thì tốc độ cháy của giấy sẽ rất chậm vì than là lớp truyền
nhiệt kém nên các vùng lân cận gia nhiệt chậm, thời gian phân hủy hoàn toàn giấy
sẽ rất lâu.
Nhận xét:
• Kết quả của quá trình đốt cháy sản phẫm chủ yếu là tro. Hàm lượng tro càng
nhiều chứng tỏ trong giấy càng nhiều hợp chất vô cơ. Hợp chất vô cơ càng cao tốc
độ và mức độ cháy lan càng thấp.
• Quá trình truyền nhiệt trong quá trình đốt cháy giấy lien quan đến độ dày hay
định lượng của giấy. Định lượng giấy càng cao tốc độ cháy càng chậm.

11


• Hàm lượng tro thể hiện quá trình cháy của giấy. Trong quá trình cháy giấy,
tro càng nhiều giấy càng chứa nhiều hợp chất vô cơ.
2.3.3. Các chất chống cháy và phụ gia chống cháy
Dung dịch chống cháy lý tưởng phải cần có những điều kiện dưới đây:
- Vừa có khả năng ngăn ngừa cháy vừa có thể ức chế cháy có ngọn.
- Bản thân chất chống cháy không độc hại với con người và môi trường trong
quá trình sản xuất cũng như trong quá trình nhiệt phân phải tạo ít khói, độ độc thấp,
không có tính kích thích.
- Không ăn mòn thiết bị cũng như không ảnh hưởng đến tính chất giấy trong

quá trình sản xuất.
- Chất chống cháy tan trong nước phải có độ tan cao. Nếu dung dịch thuốc
không thể trực tiếp được ứng dụng thì có thể pha chế dễ dàng.
- Chi phí sản xuất phải thấp [6]
Tuy nhiên khó có một loại hóa chất nào có thể thỏa mãn những tính chất kể
trên. Chính vì vậy cần kết hợp nhiều hóa chất lại với nhau thành hỗn hợp chất có
khả năng chống cháy hiệu quả. Hỗn hợp chất này phải có tác dụng chống cháy,
chống tăng ẩm cho giấy, không ảnh hưởng đến độ bền cơ lý của giấy.
Theo thống kê của OECD [18], dự kiến trong năm 2014 mức dùng chất phụ
gia chống cháy tăng 6% so với năm 2011 (tăng khoảng 2,2 triệu tấn). Và 600 000
tấn chất chống cháy chủ yếu các chất có chứa Br, Cl, N, P, Al(OH)3, Sb2O3và các
chất khác được thống kê 1992, cụ thể ở biểu đồ 2.1.
Thống kê các chất chống cháy sử dụng trong năm 1992 (tấn)
Clo
50000

150000

Br
N

170000

P
60000

30000
50000

100000


Al(OH)3
Sb2O3
Các chất khác

Biểu đồ 2.1: Thống kê các chất chống cháy sử dụng trong năm 1992

12


2.3.3.1. Phân loại chất chống cháy và cơ chế của nó.
a. Chất chống cháy vô cơ: Chiếm 50% trong các sản phẩm chống cháy trên
thế giới.
¾ Hydroxit kim loại M(OH)x (Al(OH)3, Mg(OH)2,…) có chức năng hấp thụ
nhiệt, phân hủy, giải phóng nước làm mát vật liệu khi đạt nhiệt độ phân giải và
loãng khí dễ cháy khi cháy. Nếu sử dụng loại này với nồng độ cao (50% - 80%) sẽ
ảnh hưởng xấu đến độ bền cơ lý của giấy.
M(OH)x → 1/2M2Ox + x/2H2O
¾ Hỗn chất chống cháy chứa Sb: Sb2O3 (Antimony trioxit), Sb2O5.nH2O (
antimony pentoxide) và NaSbO3.nH2O (sodium antimonite) : Là chất phụ gia hổ trợ
cho chất chống cháy chính nhằm tăng mục đích chống cháy. Thông thường Sb2O3
được sử dụng đi kèm với organohalogen (R- Cl, R-Br). Chất này được tạo thành
trên bề mặt giấy một lớp ngăn cản quá trình lây lan của lửa, giảm tốc độ cháy, cản
quá trình bốc ẩm của tờ giấy và ngăn không cho sợi cellulose tiếp xúc trực tiếp với
oxy.
- Sb2O3 (Antimony trioxit): Có màu rất trắng, vì vậy trong ngành giấy nó
được ứng dụng cho sản xuất giấy trắng có khả năng kháng cháy.
¾ Hỗn chất chống cháy chứa Bo (Boron): Na2B4O7. 10H2O, ZnO.B2O3.2H2O;
2ZnO.B2O3.7H2O; 3ZnO.2B2O3.5H2O, H3BO3. Đặt biệt có hệ số truyền nhiệt thấp.
Na2B4O7. 10H2O tan kém trong nước nhưng khống chế cháy lan tỏa. Tuy

nhiên, H3BO3 làm yếu cháy lan tỏa và cháy có khói nhưng làm tăng quá trình cháy
có ngọn lửa. Khi ta sử dụng Na2B4O7. 10H2O kèm với H3BO3 thì khả năng tan của
Na2B4O7. 10H2O tốt và chống cháy cũng rất tốt. Khi có nhiệt hợp chất này trương
nở tạo thành các chất che phủ trên bề mặt giấy. Chất này có tác dụng cách nhiệt,
không khí nên có tác dụng chống cháy lan cho giấy. Ngoài chống cháy cho giấy còn
chống cháy cho vật liệu chứa sợi cellulose, như: chống cháy cho gỗ, cotton. Đặc
điểm quan trọng là hợp chất Bo chống cháy tốt, rẻ, ít độc, chống mục, sát trùng và ít
ảnh hưởng đến độ bền cơ lý của giấy.

13