BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀ TINH
BỘT CATION ĐẾN ĐỘ BỀN CƠ LÝ CỦA BỘT TỪ NGUYÊN
LIỆU OCC

Họ và tên sinh viên: ĐỖ THỊ CẨM TÚ
Ngành: CÔNG NGHỆ GIẤY - BỘT GIẤY
Niên Khóa: 2005 - 2009

Tháng 06/2009


NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀ TINH BỘT
CATION ĐẾN ĐỘ BỀN CƠ LÝ CỦA BỘT TỪ NGUYÊN LIỆU OCC

Tác giả

ĐỖ THỊ CẨM TÚ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Công nghệ giấy và bột giấy

Giáo viên hướng dẫn:
ThS. ĐẶNG THỊ THANH NHÀN

Tháng 06 năm 2009

i


LỜI CẢM TẠ
Tôi xin chân thành cám ơn:
Ba mẹ tôi đã động viên và khích lệ, tạo niềm tin và động lực để tôi hoàn thành
bài luận văn này.
Quí thầy cô của Trường Đại học Nông Lâm và khoa Lâm Nghiệp đã truyền đạt
và trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
Th.S Đặng Thị Thanh Nhàn đã nhiệt tình hướng tôi trong suốt khoảng thời gian
nghiên cứu và thực hiện đề tài.
KS Hồ Thị Thùy Dung, quản lý phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ sản xuất
giấy và bột giấy trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, đã nhiệt tình giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm.
Tất cả các thành viên lớp DH05GB đã đóng góp ý kiến bổ ích để tôi khắc phục
những khó khăn trong suốt quá trình thí nghiệm.
Các anh chị làm việc tại Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn và Công
Ty Cổ Phần Giấy An Bình đã cung cấp tài liệu và những kinh nghiệm quí báo giúp tôi
hoàn thành bài luận văn.
Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn đã cung cấp nguyên liệu giấy OCC
để tôi thực hiện thí nghiệm.

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Tìm hiểu ảnh hưởng của độ nghiền và tinh bột cation đến độ bền cơ lí
của bột làm từ nguyên liệu OCC” đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm Nghiên cứu
và chế biến lâm sản giấy và bột giấy trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh từ
ngày 01/04/2009 đến ngày 01/06/2009. Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của

Thạc sĩ Đặng Thị Thanh Nhàn nhằm tìm ra độ nghiền và mức dùng tinh bột cation tối
ưu cho độ bền cơ lí của bột làm từ nguyên liệu OCC.
Nguyên liệu sử dụng là OCC nội và OCC ngoại cung cấp bởi Công Ty Cổ Phần
Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn được phối trộn theo tỉ lệ 60:40. Nguyên liệu sẽ được điều
hòa ở nhiêt độ phòng trong 24 giờ và xác định độ khô, sau đó sẽ được ngâm trong
nước (nhiệt độ 27 0 C) với thời gian là 24 giờ để nguyên liệu được trương nở. Sau đó
nguyên liệu được đem nghiền bằng máy nghiền Hà Lan, xác định độ nghiền 300SR,
350SR, 400SR, 450SR, 500SR theo thời gian. Phối trộn tinh bột cation ở các mức 0%,
0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5% (so với bột KTĐ) vào bột để chuẩn bị cho quá trình xeo
tờ handsheet. Sau đó xác định ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất của bột làm từ
nguyên liệu OCC ở các mức dùng tinh bột cation khác nhau tìm ra độ nghiền tối ưu
cho cả sáu mức dùng, ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation ở độ nghiền tối ưu đến
tính chất của bột từ nguyên liệu OCC. Từ đó đưa ra mức dùng tinh bột tối ưu và độ
nghiền tối ưu cho tính chất của bột làm từ nguyên liệu OCC.
Kết quả thu được:
¾

Ở cả sáu mức tinh bột cation 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5% thì độ

nghiền từ 30 oSR đến 40 oSR độ chịu kéo, độ nén vòng, độ chịu bục tăng đều. Giai
đoạn độ nghiền từ 40oSR đến 45oSR độ chịu kéo, độ nén vòng, độ chịu bục tăng
nhanh. Giai đoạn 45 oSR đến 50 oSR độ chịu kéo và độ nén vòng tăng chậm, độ chịu
bục giảm. Điểm nghiền tối ưu cho độ bền cơ lý của bột làm từ nguyên liệu OCC tốt
nhất ở sáu mức tinh bột từ 0% đến 2,5% là 45 oSR.
¾

Khi gia thêm tinh bột cation từ 0 % đến 2% ở điểm nghiền tối ưu thì độ

chịu kéo tăng 39 %, độ nén vòng tăng 44,12 % và độ chịu bục tăng 34,54 %.Đến mức
dùng từ 2 - 2,5% thì độ chịu kéo giảm 15,79%, độ nén vòng giảm 7,4%, độ chịu bục

giảm 1,2%. Vì thế mức dùng tinh bột cation tối ưu là 2%.
Như vậy, ở độ nghiền 45 oSR và mức dùng tinh bột cation 2% sẽ cho độ bền cơ
lý của bột làm từ nguyên liệu OCC tốt.
iii


MỤC LỤC
Chương 1 MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề..................................................................................................................1
1.2 Mục đích nghiên cứu .................................................................................................2
1.3 Mục tiêu của đề tài ....................................................................................................2
1.4 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN...............................................................................................3
2.1 Tình hình phát triển giấy trên thế giới.......................................................................3
2.2 Tình hình phát triển ngành giấy trong nước ..............................................................3
2.3. Giới thiệu về giấy carton ..........................................................................................4
2.3.1 Khái niệm về giấy carton........................................................................................4
2.3.2 Phân loại giấy bìa carton ........................................................................................5
2.3.3 Ưu, nhược điểm khi sản xuất giấy carton từ giấy tái chế.......................................5
2.4 Quá trình nghiền ........................................................................................................6
2.4.1 Khái niệm chung.....................................................................................................6
2.4.2 Cơ chế nghiền bột...................................................................................................6
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột.....................................................9
2.4.3.1 Ảnh hưởng của áp lực nghiền............................................................................10
2.4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nghiền .......................................................................11
2.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền ........................................................................11
2.4.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ bột ..............................................................................11
2.4.3.5 Ảnh hưởng của pH.............................................................................................12
2.4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy..................................................13
2.5 Tổng quan về tinh bột cation ...................................................................................14

2.5.1 Giới thiệu về tinh bột cation .................................................................................14
2.5.2 Cách sử dụng tinh bột cation ................................................................................16
2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của việc sử dụng tinh bột cation làm tăng độ
bền cơ lý của giấy ..........................................................................................................17

iv


Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................21
3.1 Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................21
3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu:.........................................................................21
3.2.1 Thời gian nghiên cứu:...........................................................................................21
3.2.2 Địa điểm nghiên cứu: ...........................................................................................21
3.2.3 Hóa chất và thiết bị nghiên cứu............................................................................21
3.2.3.1 Hóa chất nghiên cứu ..........................................................................................21
3.2.3.2 Thiết bị thí nghiệm ............................................................................................22
3.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................23
3.3.1 Thí nghiệm 1.........................................................................................................25
3.3.2 Thí nghiệm 2.........................................................................................................25
3.3.3 Xử lí số liệu ..........................................................................................................26
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................27
4.1 Ảnh hưởng của độ nghiền theo thời gian ................................................................27
4.2 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu kéo ở các mức dùng tinh bột .....................27
4.3 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ nén vòng ở các các mức dùng tinh bột cation...30
4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu bục ở các các mức dùng tinh bột cation....31
4.5 Điểm nghiền tối ưu ..................................................................................................34
Chương 5 KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................36
5.1 Kết quả.....................................................................................................................36
5.2 Kiến nghị .................................................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................38


v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
OCC

Old Corrugated Container

PAM

Polyacrylamide

SCAN

Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee

LWC

Light Weight Coated

PAC

Polyalumium Chloride

PEI

Polyetylenne Imine

PDACMAC


Polydiallyl-Dimethyl Ammonium Chloride

CPAM

Cationoic Polyacrylamide

APAM

Anionoic Polyacrylamide

SR

Schopper Reigler

DS

Degree of Substitute

SCAN

Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee

KTĐ

Khô Tuyệt Đối

TCVN

Tiêu Chuẩn Việt Nam


TB

Trung Bình

S

Độ Lệch Chuẩn

Cv

Hệ Số Biến Động

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cơ chế nghiền bột ..........................................................................................7
Hình 2.2: Ảnh hưởng của qúa trình nghiền lên xơ sợi ..................................................8
Hình 2.3: Ảnh hưởng của nồng độ bột trong quá trình nghiền ...................................11
Hình 2.4: Ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất giấy...............................................13
Hình 2.5 Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên..................................15
Hình 2.6: Ảnh hưởng của tinh bột cation lên sự thoát nước của một huyền phù bột
loại LWC. ......................................................................................................................17
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm. ...................................................................................... 23
Hình 4.1: Ảnh hưởng của độ nghiền theo thời gian nghiền ............................................. 27
Hình 4.2: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu kéo ở các mức dùng tinh bột cation.
.................................................................................................................................................. 28

Hình 4.3: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ nén vòng ở các mức dùng tinh bột cation.

.................................................................................................................................................. 30

Hình 4.4: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu bục ở các các mức dùng tinh bột. ... 32
Hình 4.5: Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ chịu kéo ở độ nghiền tối
ưu 45oSR........................................................................................................................34
Hình 4.6: Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ nén vòng ở độ nghiền tối
ưu 450SR........................................................................................................................34
Hình 4.7: Ảnh hưởng của mức dùng tinh bộ cation đến độ chịu bục ở điểm nghiền tối
ưu 450SR.................................................................................................................................. 35

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Cường độ điện tích của một số polymer cationic.....................................19
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của độ nghiền đến sự thay đổi thời gian................................25
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của độ nghiền ở sáu mức dùng tinh bột cation cho độ bền cơ
lý của bột làm từ nguyên liệu OCC ...........................................................................26

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Sự phát triển việc sử dụng giấy thu hồi cho công nghệ giấy được xem là một
thành công của nửa sau thế kỷ 20. Giấy thu hồi là nguồn nguyên liệu không thể thiếu
của nền công nghệ giấy ở các nước phát triển và nước công nghiệp hóa. Đây là nguồn
nguyên liệu sợi thứ hai sau nguồn nguyên liệu sợi từ gỗ. Vì thế quá trình tiêu thụ giấy
thu hồi không ngừng gia tăng trong thập kỷ vừa qua và nó được hi vọng sẽ gia tăng sử

dụng hơn nữa trong tương lai. Điều này được giải thích là do so với quá trình sản xuất
giấy từ nguyên liệu gỗ thì quá trình sản xuất giấy từ xơ sợi tái chế được thực hiện đơn
giãn, dễ dàng hơn và có những lợi ích như giảm được lượng nước sử dụng trong sản
xuất, ít tiêu tốn năng lượng hơn, giảm thiểu lượng khí độc hại thải ra môi trường, giá
thành rẻ hơn, giúp cho việc bảo vệ rừng tốt hơn, giải quyết được vấn đề thiếu hụt
nguồn nguyên liệu gỗ do nhu cầu tiêu thụ giấy ngày càng cao…
Bên cạnh đó việc sử dụng giấy thu hồi cũng có những nhược điểm: xơ sợi tái
chế có độ bền cơ lý kém và chất lượng xơ sợi không đồng đều, có sự hiện diện của
chất keo dính trong huyền phù bột. Qua nhiều lần sản xuất, liên kết hydro giữa các xơ
sợi giảm dần và làm giảm khả năng trương nở của xơ sợi. Xơ sợi tái chế không mềm
mại so với xơ sợi nguyên thủy vì vậy độ bền của bột tái chế giảm. Để làm tăng độ bền
và cải thiện đặc tính bề mặt của tờ giấy thì việc thủy hóa và chổi hoá xơ sợi là thật sự
cần thiết. Điều này có thể được thực hiện bằng quá trình nghiền hoặc sử dụng hoá chất
phụ gia.
Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi đã thực hiên đề tài “Tìm hiểu ảnh hưởng
của độ nghiền và tinh bột cation đến độ bền cơ lý của của bột làm từ nguyên liệu
OCC”. Đề tài được nghiên cứu trên cơ sở quá trình nghiền và chất phụ gia tinh bột
cation là một lựa chọn tối ưu cho sự liên kết bề mặt giữa xơ sợi với xơ sợi để gia tăng
độ bền cơ lí của bột làm từ nguyên liệu OCC.
1


1.2 Mục đích nghiên cứu
-

Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiền ở mỗi mức dùng tinh bột cation đến

tính chất độ chịu kéo, độ bục, độ nén vòng của giấy carton sau đó tìm ra điểm nghiền
tối ưu cho cả sáu mức dùng tinh bột cation 0%, 0,5%,1%,1,5%, 2%, 2,5%.
-


Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation ở độ nghiền tối ưu đến

tính chất độ chịu kéo, độ bục, độ nén vòng của giấy carton sau đó tìm ra mức dùng tối
ưu của tinh bột cation.
1.3 Mục tiêu của đề tài
Tìm ra độ nghiền tối ưu và mức dùng tinh bột cation tối ưu cho độ bền cơ lý
của bột làm từ nguyên liệu OCC.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ lý của giấy như: nghiền bột, sự có
mặt của các chất phụ gia như keo bền khô, chất độn, gia keo chống thấm, chất bảo lưu,
độ bền của bản thân xơ sợi, thời gian và nồng độ bột trong quá trình bảo quản bột
trước lúc xeo giấy…Nhưng vì thời gian cũng như điều kiện thí nghiệm có giới hạn nên
đề tài chỉ tìm hiểu ảnh hưởng của độ nghiền và tinh bột cation đến độ chịu bục, độ
chịu kéo, độ nén vòng của giấy carton có định lượng 150g/m2.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tình hình phát triển giấy trên thế giới
Hiện nay ngành công nghiệp giấy thế giới là một trong những ngành kỹ thuật
cao, đáp ứng được nhu cầu sản xuất và tiêu thụ giấy trên thế giới.
Ngành công nghiệp giấy thế giới hình thành 7 vùng trọng điểm. đó là: Bắc Mỹ,
Tây Âu, Nhật Bản, Đông Âu, Bắc Âu, Mỹ La Tinh, Trung Quốc.Các nước ASEAN,
Hàn Quốc, Đài Loan chưa được coi là vùng trọng điểm về công nghiệp giấy của thế
giới.
* Về mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người/năm:
- Bắc Mỹ dẫn đầu thế giới với


: 356 kg/người/năm

- Nhật Bản

: 273 kg/người/năm

- Các nước Tây Âu

: 254 kg/người/năm

- Đài Loan

: 200 kg/người/năm

- Hàn Quốc

: 147 kg/người/năm

- Mỹ La Tinh

: 34,5 kg/người/năm

- Braxin

: 46,5 kg/người/năm

- Trung Quốc

: 29,2 kg/người/năm


- Thái Lan

: 40 kg/người/năm

- Inđônêxia

: 34 kg/người/năm

- Bình quân các nước Đông Nam Á: 27,8 kg/người/năm
- Châu Phi

: 4,7 kg/người/năm

- Bình quân thế giới

: 56,5 kg/người/năm

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn)
2.2 Tình hình phát triển ngành giấy trong nước
Năm 2005 sản lượng sản xuất giấy của toàn ngành khoảng 850.000 tấn, đáp ứng
được 70% nhu cầu tiêu dùng của thị trường nội địa. Chất lượng những sản phẩm chính
3


của Tổng Công Ty giấy Việt Nam đã đạt mức A TCVN (giấy in, giấy viết), hầu hết
các sản phẩm mới sản xuất đã được khách hàng chấp nhận, một số mặt hàng giấy in
báo, giấy in, giấy viết độ trắng cao, đã có thể cạnh tranh với các sản phẩm cùng loại
của khu vực về mặt chất lượng.
Nhu cầu tiêu dùng trong nước đang gia tăng mạnh về số lượng và chủng loại

giấy (mức tiêu dùng giấy từ năm 1996 đến 2005 đã tăng gấp 3,76 lần: năm 1996 mới
đạt 3,8 kg/người/năm; đến 2005 đạt 14,82 kg/người/năm). Trong năm 2006, Việt Nam
đã sản xuất được 958.000 tấn giấy trong đó giấy carton sóng, bao bì chiếm 19% và chỉ
đáp ứng được 50,38 % nhu cầu tiêu dùng trong nước, còn lại phải nhập khẩu từ nước
ngoài và chiếm 39 % tổng sản lượng giấy nhập khẩu .
Giá trị sản xuất công nghiệp của ngành công nghiệp giấy có tốc độ tăng trưởng
bình quân tương đối đều trong khoảng 11 - 12 %/năm giai đoạn từ 1999 - 2005 và đạt
tổng giá trị sản xuất công nghiệp là 36.930 tỷ đồng, chiếm 0,74 % giá trị sản xuất công
nghiệp toàn quốc.
Tổng vốn đầu tư toàn ngành công nghiệp giấy Việt Nam giai đoạn 1999 - 2005
là 10.094 tỷ đồng, đạt tỷ lệ 0,95 % tổng vốn đầu tư của toàn quốc.
Theo Hiệp hội Giấy Việt Nam, trong giai đoạn 2006 - 2010, dự báo sự phát
triển của nhu cầu tiêu dùng giấy ở Việt Nam sẽ tăng bình quân 10 % - 11 %/năm (tức
là đến năm 2010 sẽ đạt 22 - 23 kg/người/năm và lượng tiêu thụ giấy trong nước sẽ ở
mức 1,98 triệu tấn/năm).
Dự báo đến năm 2020 mức tiêu dùng giấy bình quân đầu người sẽ đạt mức 50 –
51 kg/người/năm và lượng giấy tiêu dùng trong nước ở mức 5,1 triệu tấn/năm.
Theo Hiệp hội Giấy Việt Nam, để đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước,
các doanh nghiệp trong ngành giấy cần đầu tư các nhà máy sản xuất bột giấy có
công suất từ 100.000 - 150.000 tấn/năm trở lên và các nhà máy giấy có công suất
200.000 - 250.000 tấn/năm.
(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn)
2.3. Giới thiệu về giấy carton
2.3.1 Khái niệm về giấy carton
Giấy bìa carton có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại giấy dầy và
cứng, thường có định lượng khoảng từ 120g/m2 trở lên. Bìa carton có thể có cấu trúc
4


một lớp hoặc nhiều lớp, được hình thành trên máy xeo dài một lưới hoặc nhiều lưới,

hoặc trên máy xeo tròn một lô lưới hoặc nhiều lô lưới.
Carton nhiều lớp được hình thành từ sự kết hợp của các lớp lại với nhau, mang
trên một lớp gọi là lớp đế, sản phẩm này được sử dụng cho việc sản xuất hòm hộp
cứng, carton gấp hay các sản phẩm tương tự. Nó có ưu điểm là khả năng sử dụng giấy
thu hồi chất lượng thấp, rẻ tiền và có độ xốp.
2.3.2 Phân loại giấy bìa carton
• Giấy Duplex: loại bìa có ít nhất hai lớp, lớp ngoài cùng có chất lượng tốt nhất
và thường có màu trắng, lớp dưới có màu bột không tẩy. Được tạo hình trên máy xeo
dài hoặc xeo tròn (ít nhất từ hai trục lưới).
• Bao bì thực phẩm: loại bìa được sử dụng trong bao gói thưc phẩm, có cấu trúc
một hay nhiều lớp, thường làm từ bột chính phẩm đã tẩy trắng.
• Carton sóng: loại bìa nhiều lớp dùng làm những hộp chịu gấp. Lớp ngoài được
làm bằng bột chính phẩm, những lớp khác (lớp sóng và lớp phẳng nằm ở phía trong)
có thể làm từ bột giấy thu hồi.
• Bìa ép: là loại bìa nhiều lớp làm từ 100% bột thu hồi chất lượng thấp.
• Giấy đế: loại giấy được dùng để tráng phấn hay áp dụng xử lý bề mặt nào đó.
• Bìa làm bao gói chịu lực: loại bìa dùng làm loại túi chịu lực cao như bao xi
măng, làm từ 100% bột hóa.
(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy An Bình; Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003).
2.3.3 Ưu, nhược điểm khi sản xuất giấy carton từ giấy tái chế
Sản xuất giấy carton từ giấy tái chế có những ưu điểm và khuyết điểm.
• Ưu điểm :
Bảo vệ môi trường. Sản xuất giấy từ giấy đã dùng nhìn chung là sạch hơn và
hiệu quả hơn là sản xuất giấy từ gỗ, vì việc tách xơ sợi và tẩy trắng đã được làm trước
đó. Nghĩa là sử dụng ít năng lượng, nước và hoá chất hơn, do đó thải ra không khí và
nước ít chất độc hại hơn.
Sản xuất giấy tái chế dùng ít năng lượng hơn nhiều so với sản xuất từ bột
nguyên thuỷ. Sản xuất bột từ giấy tái chế sẽ tiết kiệm được 60 % năng lượng so
với bột nguyên thủy, giảm 95 % ô nhiễm từ khí thải, giảm 30 % m3 nước/tấn bột.


5


Nếu có một hệ thống thu gom giấy tái chế tốt thì ở công đoạn này có tính kinh
tế hơn vận chuyển các cây gỗ từ rừng về để sản xuất bột. Về góc độ kinh tế thì ý nghĩa
lớn hơn cả là tạo ra một ngành công nghiệp dịch vụ mang tính xã hội hóa cao, tiết
kiệm tài nguyên thiên nhiên đáng kể từ việc giảm khai thác rừng tương đương với
lượng giấy thải loại đưa vào tái chế.
Nguồn nguyên liệu rất phong phú từ trong nước hay nhập khẩu.
• Nhược điểm:
Xơ sợi tái chế ngắn hơn 2 - 3,5 mm, khả năng trương nở và độ thoát nước giảm
hơn so với xơ sợi nguyên thủy do có chứa nhiều thành phần xơ mịn hơn.
Độ bền thấp hơn: việc tái chế làm gia tăng độ xé, độ cứng, hệ số khuyếch tán
ánh sáng, độ đục và độ thấu khí nhưng làm giảm chiều dài đứt, độ bục và độ gấp.
Khả năng liên kết thấp hơn.
Xơ sợi ít mềm mại hơn.
Có lẫn nhiều tạp chất nên phải có nhiều hệ thống lọc.
(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy An Bình)
2.4 Quá trình nghiền
2.4.1 Khái niệm chung
Nguyên liệu xơ sợi xenluloza sau khi được gia công bằng phương pháp hoá
học, nhiệt, cơ, ... có thành phần chủ yếu là xenluloza, tồn tại ở dạng xơ sợi. Để có đủ
tính chất hình thành các loại sản phẩm giấy, thì một công đoạn quan trọng có ý nghĩa
quyết định là tiến hành quá trình nghiền.
Quá trình nghiền bột giấy là quá trình dùng lực cơ học tác dụng lên xơ sợi
xenluloza trong hỗn hợp bột, làm biến đổi về mặt cấu trúc hoá lý nhằm đáp ứng các
chỉ tiêu chất lượng của mặt hàng giấy.
2.4.2 Cơ chế nghiền bột
Cả lực cơ học do bộ phận dao chuyển động và lực nước cùng tác động lên xơ
sợi. Đó là tác động cuộn, uốn, xoắn, kéo, nén xảy ra trong diện tích tiếp xúc giữa lưỡi

dao đế và dao bay, giữa sống dao và rãnh dao. Ngoài ra còn có lực trà sát giữa lưỡi dao
và xơ sợi và giữa các xơ sợi với nhau.

6


Bước 1: Tạo thành bó bột và thoát nước cục bộ.
Bước 2: Ép cơ học và thoát nước.
Bước 3: Kéo trượt các bó bột.
Bước 4: Bó bột nở ra và hút nước.
Bước 5: Tạo thành bó bột cho chu kỳ tiếp theo.
Tác động đầu tiên của nghiền là làm dập nát, bóc tách dần làm vỡ lớp vỏ tế bào,
vỏ này không trương nở ra được (do chứa nhiều lignin). Khi vỏ này bị vỡ một phần bị
lộ ra lớp vách thứ hai hút nước mạnh. Phần hai đầu của xơ sợi sẽ bị cắt, đè nén, dập
nát trước, liên kết nội bộ xơ sẽ bị phá vỡ trước do nước được hút vào. Kết qủa là hai
đầu bó sợi xảy ra sự chổi hóa phân tơ, làm cho diện tích bề mặt xơ tăng lên nhiều lần,
vách tế bào bị phá vỡ càng nhiều, giải phóng ra các băng xơ. Đồng thời với sự bong ra
của lớp vỏ sơ sinh M chứa nhiều lignin là sự xâm nhập mạnh mẽ của nước vào các bó
xơ. Làm cho xơ mềm mại, đàn hồi hơn.
™ Quá trình trương nở xảy ra theo 2 giai đoạn:
Tạo lớp vỏ solvat, làm yếu liên kết giữa các phân tử xenluloza. Khi hình thành
lớp vỏ solvat về mặt hoá lý đây là quá trình tỏa nhiệt ΔH < 0, ΔS giảm. Giai đoạn này
năng lượng giải phóng ra ( ΔG < 0 ). Bột xenlulo tiếp tục bị tác dụng đến lúc nào đó
lực liên kết giảm nhanh, một số phân tử ở ngoài bị tách ra như pentozan tạo ra lớp
7


màng keo trên bề mặt xenlulo làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên.
Giai đoạn đầu xảy ra đến một lúc nào đó, một vài liên kết giữa các phân tử bị
đứt ra, giải phóng ra các nhóm OH tự do trên bề mặt xenluloza. Một nhóm OH tự do

(trên bề mặt xenluloza) có thể hấp thụ được tới 4 phân tử H2O, làm đường kính của bó
sợi tăng lên. Chính sự tăng lên người ta gọi là “trương nở’’- hiện tương đó gọi là
trương nở. Mức độ trương tối đa của các loại xơ sợi có sự khác nhau. Độ trương phụ
thuộc vào độ kết tinh và phương thức sắp xếp của sợi. Những sợi có độ sắp xếp định
hướng cao thì quá trình trương trong nước theo hướng dọc sợi thường rất nhỏ. Những
sợi không định hướng, hoặc định hướng thấp thì sự trương xảy ra mạnh hơn. Chính vì
vậy, qúa trình nghiền có tác dụng phá vỡ sự sắp xếp có định hướng, tạo điều kiện cho
qúa trình trương xảy ra.
™ Tác dụng của nghiền tới xơ sợi :

Hình 2.2: Ảnh hưởng của quá trình nghiền lên xơ sợi.
Bột giấy sau khi được qua nghiền, các thớ sợi sẽ bị đánh tơi theo chiều dài, cắt
ngắn theo chiều ngang, hai đầu bị chổi hoá và trương nở mạnh. Kết quả làm bột giấy
có chiều dài đồng đều, chiều ngang nhỏ hơn, tăng lực liên kết hyđro giữa các bề mặt
xơ sợi khi hình thành tờ giấy.
Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc xơ sợi, trong quá trình nghiền bột người ta đã
đưa ra nhiều giả thiết khác nhau như thuyết biến đổi hoá học của Giou và Paladen.
Thuyết biến đổi vật lý, thuyết biến đổi hoá lý. Ngày nay người ta cho rằng, quá trình
8


nghiền dưới tác dụng của lực cơ học các xơ sợi bị cắt ngắn và trương nở mạnh, phân tơ
chổi hoá trở nên rất mềm dẻo. Do vậy các xơ sợi dễ đan dệt với nhau, tăng bề mặt tiếp
xúc, tăng lực ma sát tạo điều kiện cho quá trình ra keo sau này, tăng độ bền cơ học, tờ giấy
sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn.
Trong quá trình nghiền cơ học làm dập nát màng tế bào khó thấm nước tạo điều
kiện cho nước thẩm thấu vào tế bào tiếp xúc với các phần tử xenlulo, làm cho xenlulo
hấp thụ nước và trương nở trong nước. Chính nhờ quá trình này mà xenlulo giải phóng
ra nhóm OH tự do trên bề mặt đại phân tử của nó. Hình thành các liên kết hydro giữa
nhóm OH tự do của phân tử xenlulo này với nước, phân tử nước với xenlulo kia.

Chính lực liên kết cầu nối này tạo nên độ bền ướt của tờ giấy.
Như vậy, nghiền là phương pháp cơ học tác động vào bó sợi xenlulo làm cho
chúng thay đổi về mặt:
• Lý học: cắt, xé, phân tơ, chổi hóa.
• Hóa học: tạo ra các nhóm OH tự do trên bề mặt xơ sợi. Tạo cho bột xenluloza
nguyên liệu mềm mại, đàn hồi hơn, tăng bề mặt tiếp xúc, xơ sợi dễ đan dệt với nhau,
tăng lực ma sát tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình gia keo sau này, tờ giấy hình
thành sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn, tạo ra tác động của liên kết
hydro để hình thành độ bền tờ giấy sau qúa trình sấy. Trong qúa trình sấy, giấy khô đi,
mất nước, do nứơc có sức căng bề mặt, lúc bốc hợi đi kéo hai xơ sợi lại gần nhau, tạo
liên kết cầu nối. Liên kết cầu nối này có năng lượng liên kết khá cao, khoảng 3900
cal/mol tạo nên độ bền chủ yếu cho tờ giấy. Vì vậy khi liên kết hình thành tờ giấy càng
nhiều liên kết OH tạo ra độ bền của giấy càng cao.
(Nguồn: Jorma Lumiainen,1998; Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân - Sài Gòn;
Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003; Cao Thị Nhung, 2004).
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột
Độ nghiền được đo bằng độ oSR: Đặc trưng cho khả năng thoát nước của xơ
sợi. Kết quả quạn trọng nhất của quá trình nghiền là tạo ra các nhóm OH tự do trên bề
mặt xơ sợi, dẫn đến việc hình thành các cầu nối xenluloza với nhau tạo thành cấu trúc
bền của tờ giấy. Việc giải phóng ra càng nhiều các nhóm OH tự do càng xuất hiện
nhiều cầu nối, và như vậy làm cho tờ giấy càng bền. Do vậy các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình nghiền cũng ảnh hưởng đến độ bền của tờ giấy.
9


2.4.3.1 Ảnh hưởng của áp lực nghiền
Đây là yếu tố có tính chất quyết định đến toàn bộ tính chất của bột, với mỗi loại
thiết bị nghiền có một áp lực nghiền riêng
9 Với máy nghiền gián đoạn, áp lực nghiền là lực do lô dao chuyển động và
trọng lượng bản thân lô dao.

9 Với máy nghiền liên tục, áp lực nghiền là lực do lô dao quay cộng với áp lực
bột vào.
Khi áp lực nghiền qúa lớn thì qúa trình cắt tăng, còn qúa trình trương nở giảm
xuống. Ngược lại, khi áp lực nghiền nhỏ thì qúa trình cắt giảm, qúa trình trương nở
tăng. Áp lực nghiền riêng được tính theo công thức:
P = P ng /S
Trong đó:
P : là áp lực nghiền riêng (kg/cm2),
S: là diện tích tiếp xúc của bột với lô dao, ở đó bột chịu tác dụng nghiền (cm2),
Png: áp lực nghiền chung (kg).
Png tăng thì P tăng nên cắt tăng, độ trương giảm. Ngược lại, Png giảm thì P tăng
dẫn đến cắt giảm, phân tơ chổi hóa, trương tăng.
S tăng phụ thuộc vào chiều dày của lưỡi dao, vật liệu làm dao, nguyên lý làm
dao, khe hở giữa hai dao.
Dao mỏng thì S giảm nên P tăng xơ sợi bị cắt ngắn và ngược lại. Thông thường
các lưỡi dao bay dầy 8 - 12 mm, các lưỡi dao đế dầy 7 – 13 mm. Với các loại giấy có
độ bền cao,thì chiều dầy dao ≥ 13 mm. Với giấy in viết, chỉ cần dao có độ dày 8 - 12
mm là đủ. Dao nghiền thường được làm bằng thép, đá, đồng.
Khe hở giữa hai dao càng nhỏ suy ra P tăng dẫn đến cắt, phân tơ, chổi hóa,
trương nở tăng và ngược lại. Khi nghiền để chủ yếu:
9 Cắt sợi: khe hở giữa hai dao là 0,1 mm.
9 Tách sợi: khe hở giữa hai dao 0,2 – 0,4 mm.
9 Dàn chải sợi: khe hở giữa hai dao 0,5-0,8 mm.
Khe hở giữa hai dao có thể thay đổi bằng bộ phận nâng hạ lô dao.
Tốc độ thay đổi áp lực nghiền rất quan trọng, nếu thay đổi P chậm (tức thời
gian nghiền dài) thì cùng một oSR như nhau, bột trương nở tốt hơn. Đối với các loại
10


giấy mỏng, có độ bền cao cần nghiền ở P thấp và thay đổi P một cách từ từ.

Do vậy, nghiền ở P thấp thường cho giấy có độ bền cơ lý tốt hơn nghiền ở P
cao. Có rất nhiều quy trình nghiền mà vẫn đạt được ºSR theo yêu cầu nhưng tính chất
của bột ở các quy trình khác nhau là hoàn toàn khác nhau. Do đó đối mỗi loại giấy
khác nhau ta nên chọn quy trình nghiền để đảm bảo tính chất cơ lý của giấy.
(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân Sài Gòn )
2.4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nghiền
Thời gian nghiền là một yếu tố phụ thuộc, không có tính quyết định. Thông
thường thời gian tăng lên thì oSR tăng, độ dài thớ giảm đi. Mỗi loại giấy khác nhau,
cần thời gian nghiền khác nhau. Thời gian nghiền các loại giấy từ 30 - 60 phút.
2.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền
Trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng do ma sát giữa bột và máy nghiền, giữa
bột với bột, do bột phân tơ chổi hoá. Nếu để tự nhiên, nhiệt độ có thể tăng lên 60 70oC. Khi nhiệt độ tăng làm giảm quá trình trương nở của xơ sợi dẫn đến giảm độ bền
cơ lý của tờ giấy, cho nên trong quá trình sản xuất phải làm sao cho nhiệt độ giảm
trong quá trình nghiền bằng cách lắp cơ cấu rửa để lấy nước nóng ra và thay nước lạnh
vào đối với máy nghiền bể hoặc có hệ thống làm mát đối với máy nghiền côn.
Thông thường đối với cây lá rộng, tre, nứa chọn nhiệt độ nghiền từ 20 - 30 oC,
đối với rơm, rạ, bã mía nhiệt độ nghiền thường chọn là 35 - 40 oC.
2.4.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ bột

Hình 2.3: Ảnh hưởng của nồng độ bột trong quá trình nghiền

11


Nồng độ bột là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của bột sau nghiền.
Nếu thấy nồng độ thấp, lượng bột qua dao ít, do vậy bột chịu áp lực nghiền riêng lớn,
xơ sợi bị cắt ngắn hơn. Như vậy nồng độ bột thấp phù hợp với nghiền bột thớ ngắn.
Ngược lại nồng độ bột cao, áp lực nghiền riêng nhỏ, quá trình phân tơ chổi hoá chiếm
ưu thế. Nồng độ bột cao thích hợp với nghiền bột nhuyễn thớ dài.
Khi nồng độ tăng thì năng suất nghiền tăng, tiêu hao năng lượng giảm, bột có

tính trương nở tăng, cắt giảm, độ bền cơ lý tăng. Vì vậy trong công nghệ giấy, luôn cố
gắng nghiền ở nồng độ bột cao nhất có thể.
2.4.3.5 Ảnh hưởng của pH
Hiện nay có nhiều trường phái lý thuyết trái ngược nhau về vấn đề này song
qua thực nghiệm sản xuất đã rút ra kết luận sau:
Nghiền ở môi trường axit: pH từ 3,1 đến 6, khả năng trương nở của bột không
tốt do môi trường mang tính axít nên nhóm OH khó tạo liên kết hydro với các nhóm
lân cận. Độ bền cơ lý, nhất là độ chịu bục của giấy giảm nhanh.
Nghiền ở môi trường kiềm: pH từ 6 đến 8,5 không ảnh hưởng đến quá trình
nghiền và tính chất của giấy.
Nghiền ở môi trường kiềm: pH từ 9 đến 10,5 quá trình trương nở xảy ra tốt hơn
nhưng độ bền cơ lý của giấy cũng không cao. Tốt nhất là duy trì nghiền ở pH từ 8 đến
8,5. Để tạo môi trường này, trong quá trình nghiền cho thêm một lượng kiềm để tạo
môi trường.
(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân Sài Gòn, Nguyễn Thị Ngọc Bích,
2003)

12


2.4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy

Hình 2.4: Ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất giấy.
Qua Hình 2.4 ta thấy:
Ö Độ bền kéo (đường số 1): khi độ nghiền tăng từ 20 - 75 oSR thì độ bền kéo
tăng vì quá trình trương và phân tơ tăng. Khi độ nghiền tăng từ 75 – 100 oSR thì độ
bền kéo giảm do xơ sợi bị cắt ngắn nhiều. Độ bền kéo phụ thuộc vào lực liên kết liên
kết hydro và lực đan dệt vật lý.
Ö Độ bền xé (đường số 2): độ bền xé do độ bền nguyên thủy và đan dệt của xơ
sợi quyết định. Lực liên kết hydro có ảnh hưởng rất ít dến độ bền xé.Độ bền xé tăng

lên khi độ nghiền tăng và đạt cực đại ở 25 - 27 oSR, sau đó độ bền xé giảm khi độ
nghiền tiếp tục tăng.
Ö Độ chịu bục (đường số 3): chịu ảnh hưởng bởi độ bền kéo và độ bền xé, là
trung bình cộng của hai đường kia. điểm tối ưu ở 40 oSR – 50 oSR.
Ö Lực liên kết giữa các xơ sợi (đường số 4): tỷ lệ nghịch với độ nghiền oSR.
Ö Độ biến dạng của giấy (đường số 5): tăng tỉ lệ thuận với độ nghiền oSR.
Ö Độ chặt của giấy (đường số 6): khi độ nghiền tăng thì độ chặt tăng do các xơ
sợi đan xít nhau hơn
13


Ö Độ dài trung bình sợi (đường số 7): khi độ nghiền tăng thì chiều dài xơ sợi
giảm.
Ö Độ hút dịch (đường số 8): do các lỗ mao quản quyết định. Khi độ nghiền
tăng, quá trình trương nở tăng tạo nên chất keo trên bề mặt làm độ hút dich giảm.
Ö Độ thấu khí (đường số 9): khi oSR tăng thì độ thấu khí càng giảm.
Như vậy, độ nghiền ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của tờ giấy. Song bản
chất của độ nghiền là do quá trình cắt và trương nở quyết định. Dựa vào oSR của
nghiền không thể nói rõ ảnh hưởng của từng yếu tố đến tính chất của giấy. Cùng một
o

SR nhưng lại cho ta hai loại giấy khác nhau. Việc tìm được điểm oSR cực đại tốt nhất

cho mỗi loại giấy là rất quan trọng, điểm đó phải dung hòa các yếu tố một cách tốt
nhất có thể. Thường điểm này được xác định trong phòng thí nghiệm cộng với sản
xuất thực tế trên máy xeo.
2.5 Tổng quan về tinh bột cation
2.5.1 Giới thiệu về tinh bột cation
Tinh bột có thành phần hóa học tương tự như xơ sợi xenlulo, nghĩa là chúng
cùng được cấu tạo nên từ các mắt xích ∝ - D glucoza liên kết với nhau bởi các liên kết

1,4- ∝ -D glucozit, do vậy trong nước chúng có chung tính chất là tích điên âm. Chính
điều này làm cho các hạt keo tinh bột khó bám lên bề mặt xơ sợi trong quá trình xeo
giấy. Nói cách khác, nếu ta sử dụng tinh bột tự nhiên làm chất keo bền khô cho giấy
thì độ bảo lưu của tinh bột trên giấy rất thấp.

14


Hình 2.5 Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên
Muốn tăng độ bảo lưu của tinh bột trong giấy người ta đã tìm ra cách chế biến
tinh bột với hóa chất làm cho tinh bột trở thành các hạt tích điên dương, khi đó các hạt
tinh bột dễ dàng bám lên bề mặt xơ sợi nhờ lực hút tĩnh điện. Loại tinh bột này được
gọi là tinh bột cation.
Trong phản ứng này người ta dùng một anin bậc 4 tác dụng với tinh hồ trong
môi trường kiềm để đưa vào phân tử tinh bột một nhóm amin, nhóm này có đặc điểm
là tích điện dương và vì thế làm cho hạt tinh bột tích điện dương.
Hiệu quả làm tăng độ bền khô khi sử dụng tinh bột cation phụ thuộc vào mật độ
điện dương trong các phân tử tinh bột cation và thứ bậc của amin dùng cho phản ứng
điều chế tinh bột cation:
-

Mật độ điện dương trong các phân tử tinh bột cation được biểu diễn bằng

mức độ thế (degree of substitute = D.S) nghĩa là tỉ lệ các phân tử tinh bột được thế
nhóm amin vào phân tử khi tham gia phản ứng điều chế tinh bột cation. Mức độ thế
của tinh bột cation thường là D.S = 0,02 – 0,05.
-

Người ta hay sử dụng amin bậc 3 hoặc bậc 4 để điều chế tinh bột cation.


-

Tinh bột cation chứa nhóm amin bậc 4 sẽ hoạt động hiệu quả trong các môi

trường xeo có pH từ 4 – 9, vì bản thân nó luôn tích điện dương.
-

Tinh bột cation có chứa nhóm amin bậc 3 thì chỉ hoạt động tốt trong môi

trường axit vì nó cần phải sử dụng sự có mặt của các ion H+ để trở thành cation.
Nguyên tắc thì tinh bột tự nhiên loại nào cũng có thể dùng để điều chế tinh bột
cation, nhưng người ta thường sử dụng tinh bột khoai tây hơn vì muốn tận dụng cả khả

15


năng tích điện dương của các nhóm photphat có trong thành phần của tinh bột khoai
tây.
2.5.2 Cách sử dụng tinh bột cation
Tỉ lệ sử dụng tinh bột cation dao động trong khoảng rộng: từ 0,2 – 2,5% so với
bột khô tuyệt đối. Tùy theo mức độ yêu cầu tăng độ bền khô của giấy. Khi trong thành
phần bột giấy có chất độn thì tỉ lệ tinh bột cation cần dùng phải tăng lên do tiêu tốn
một phần tinh bột cation hấp phụ lên chất độn. Thường tỉ lệ sử dụng tinh bột cation
khoảng 1,0 – 1,5% cho hiệu quả bảo lưu tinh bột cation cao nhất. Tuy nhiên không nên
tăng tỉ lệ sử dụng tinh bột cation lên trên 2,5% so với bột khô tuyệt đối vì dễ dẫn đến
hậu quả là sự quá dư điện tích dương, làm giảm độ bảo lưu của tinh bột cation và làm
giảm hiệu quả sử dụng của các chất bảo lưu.
Hiệu quả tăng độ bền của giấy khi sử dụng tinh bột cation đạt cao nhất khi
thành phần bột giấy là bột thớ dài.
Tinh bột cation sử dụng để gia keo nội bộ thì làm tăng độ bền của giấy nhiều

hơn là khi sử dụng nó để gia keo bề mặt. Vì diện tích tiếp xúc của xơ sợi với keo tinh
bột cation khi gia keo nội bộ thì lớn hơn so với khi gia keo bề mặt.
Tinh bột cation còn được sử dụng để gia vào bột giấy với vai trò làm chất bảo
lưu. Khi tinh bột cation được gia vào dòng bột loãng ngay trước khi vào thùng đầu thì
có nghĩa là nó được sử dụng với vai trò làm chất bảo lưu, tương tự như PAM.
Do điện tích của nó, tinh bột cation cũng cải thiện độ thoát nước. Với mức dùng
nhỏ tinh bột cation, tốc độ thoát nước tăng nhanh. Tinh bột cation có cường độ cation
càng lớn, hiệu quả cải thiện thoát nước càng tăng. Tuy nhiên, do hồ tinh bột có tinh ưa
nước, khi dùng lượng lớn, khả năng tương tác với nước sẽ vượt trội hơn ảnh hưởng cải
thiện độ thoát nước và thới gian chảy lại bắt đầu tăng.

16