Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng giấy trong sản xuất

Quy trình sản xuất giấy và kiểm soát chất lượng giấy

Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy là ngành công nghiệp quan trọng và ngày càng phát triển của nền kinh tế toàn cầu. Giấy cũng là một sản phẩm tiêu dùng không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày với nhu cầu ngày càng tăng cao. Bên cạnh đó, quy trình sản xuất giấy và bột giấy là một quy trình phức tạp đòi hỏi nhiều công đoạn.

1. Thu hoạch và tiền xử lý

Đầu tiên, gỗ được lấy từ trong rừng và được vận chuyển tới nơi chế biến gỗ. Tại đây các cây gỗ lớn được loại bỏ vỏ cây khỏi gỗ và chia nhỏ tới kích thước phù hợp cho quá trình nghiền.

Phế phẩm của gỗ hoặc mùn cưa sẽ được sử dụng sản xuất viên nén gỗ, vật liệu tạo nhiệt – cung cấp nhiệt lượng thay thế cho than và khí đốt. Tìm hiểu thêm về ngành công nghiệp viên nén gỗ tại đây>>>

2. Quá trình nghiền

Mục đích chính của quá trình nghiền là giải phóng xơ gỗ khỏi lignin* liên kết các xơ với nhau. Đối với chất lượng giấy, xơ giấy có sợi dài hơn và ít lignin hơn được coi là có chất lượng cao. Bên cạnh đó, có nhiều phương pháp nghiền bột khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào vật liệu sợi và sản phẩm mong muốn.

*lignin: Là một chất hữu cơ, cao phân tử, có vai trò liên kết các tế bào, sợi và mạch tạo thành gỗ ở thực vật

Nghiền cơ học được sử dụng sản xuất loại giấy chất lượng thấp như giấy in báo và sợi tái chế. Ưu điểm của quy trình này là nó mang lại năng suất bột giấy cao hơn (90–95%) so với các quy trình khác nhưng đồng thời tạo ra giấy kém bền hơn vì tạo ra các sợi ngắn hơn.

Nghiền hóa chất cho đến nay là phương pháp phổ biến nhất để nghiền gỗ cả ở Châu Âu và Hoa Kỳ (80% tổng lượng bột giấy được sản xuất). Bột giấy hóa học có năng suất thấp (40–55%) nhưng có chất lượng rất cao. Quy trình phổ biến nhất là quy trình kraft, chiếm hơn 80% tổng số bột giấy hóa học được sản xuất ở cả Hoa Kỳ và Châu Âu.

Sau bất kỳ quy trình nghiền bột giấy nào, các sợi sẽ chuyển sang giai đoạn tẩy trắng để đạt được độ sáng nhất định hoặc chuyển trực tiếp sang giai đoạn làm giấy.

3. Quá trình tẩy trắng bột giấy

Quá trình tẩy trắng truyền thống được thực hiện bằng cách sử dụng chlorine để hòa tan một số lignin còn lại trong bột giấy. Tuy nhiên, do chlorine không tốt cho sức khỏe con người và ảnh hưởng môi trường mà phương pháp dùng chlorine bị hạn chế. Do đó quy mô của phương pháp này còn khoảng 25% trên toàn thế giới, phần còn lại đã được thay thế bằng một trong hai quy trình sau:

ECF (elemental chlorineine free) – không chứa nguyên tố chlorine. Quy trình này sử dụng chlorine dioxide để tẩy trắng, không sử dụng khí chlorine in hoặc sodium hypochlorite.
TCF (totally chlorine free) – hoàn toàn không chứa chlorine. Quy trình tẩy trắng chỉ sử dụng các hóa chất gốc oxygen như oxygen, ozon và peroxit kiềm hoặc acid.

Giấy và bìa được sản xuất bằng phương pháp nghiền hóa học, sau khi tẩy trắng sẽ có bề ngoài sáng, trắng và ít hoặc không có xu hướng phai màu, ố vàng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Trong khi đó, bột giấy cơ học, ngay cả khi được tẩy trắng, có xu hướng ngả vàng theo thời gian.

Bên cạnh quá trình tẩy trắng, để kiểm soát một số tính chất quang học và in ấn của giấy, một số hợp chất được thêm vào trong quá trình sản xuất, gồm:

Chất định cỡ: là chất gia tăng khả năng kỵ nước của giấy với phương pháp định cỡ trong (Internal sizing)
Chất độn: kaolin, calcium carbonate (CaCO3)

Việc lựa chọn các chất định cỡ hay chất độn tùy vào mục đích sử dụng của giấy. Đồng thời, sự phân bố kích thước hạt của những hợp chất này ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính như độ bóng, độ sáng của giấy, mức độ loang màu trên giấy, lượng mực in, v.v.

3.1 Chất định cỡ (Sizing chemicals)

Giấy bao gồm các polysaccharide chủ yếu là cellulose và carbohydrate. Bản chất cơ bản của cellulose là ưa nước vì vậy việc tăng tính kỵ nước có thể mở rộng khả năng ứng dụng của giấy. Để đáp ứng yêu cầu này, phương pháp được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất giấy là phương pháp định cỡ trong. Định cỡ trong là phương pháp hạn chế quá trình hấp phụ và làm ướt của chất lỏng bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt, còn được gọi là chất định cỡ.

Alkenyl succinic anhydrit (ASA emulsion) là một chất định cỡ được sử dụng phổ biến trong sản xuất giấy. ASA, bản chất là một chất hoạt động bề mặt ưa dầu được thêm vào nguyên liệu làm giấy, tạo thành hệ nhũ tương ở nhiệt độ môi trường. ASA được tạo ra bởi phản ứng của olefin đồng phân hóa với anhydrit maleic. Phân tích kích thước hạt có thể cho biết sự phân bố kích thước của hạt ASA với kích thước trung bình gần hoặc dưới một micromet.

chất lượng giấy - ASA emulsion - HORIBA LA 350 - REDLAB — Hình 2: Phân bố kích thước hạt nhũ tương ASA được đo bằng LA-350

Máy đo kích thước hạt LA-350 HORIBA là thiết bị được sử dụng phổ biến cho ứng dụng này vì thời gian phân tích nhanh và dễ sử dụng. Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ của thiết bị cho phép vận chuyển thiết bị đến nhiều địa điểm khác nhau để kiểm tra định kỳ các chất phụ gia quan trọng.

3.2 Chất độn

Kaolin

Kaolin là khoáng chất dạng hạt được sử dụng rộng rãi nhất trong chất độn và lớp phủ của giấy. Kaolin cải thiện hình thức bên ngoài của giấy (độ bóng, độ mịn, độ sáng,…) nhờ phủ kaolin lên bề mặt giấy. Các đặc tính của kaolin có ảnh hưởng đến chất lượng của giấy, bao gồm độ tinh khiết, đặc tính lưu biến và kích thước hạt.

Kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, hình dạng hạt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng giấy. Độ bền của giấy tráng và giấy đầy thường giảm khi giảm kích thước hạt. Vì vậy việc đo kích thước hạt kaolin rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng giấy. Máy đo kích thước LA-350 là thiết bị đo kích thước phù hợp cho ứng dụng này.

Calcium carbonate

Calcium carbonate có khả năng cải thiện đáng kể độ mờ của giấy, giúp giấy mềm, dày và có độ sáng cao. Ngoài ra, calcium carbonate hấp thụ mực nhanh, có thể thúc đẩy hiệu quả làm khô mực in.

chất lượng giấy - canxium carbonate - HORIBA - REDLAB — Hình 4: Phân bố kích thước hạt Calcium carbonate khác nhau được đo bằng LA-960V2

Chất độn calcium carbonate để sản xuất giấy có hai loại:

Calcium carbonate nghiền (GCC – Ground Calcium Carbonate)
Calcium carbonate kết tủa (PCC – Precipitated Calcium Carbonate)

Calcium carbonate có kích thước nhỏ thì khả năng hấp thụ dầu thấp và độ phân tán tốt hơn khi ở kích thước lớn. Đối với phép đo kích thước hạt calcium carbonate, cả dạng nghiền và dạng kết tủa, máy phân tích kích thước hạt LA-960V2 là phù hợp nhất vì cho phép đo mẫu ở cả dạng khô và lỏng. Việc bổ sung nguồn sáng có bước sóng thấp hơn (màu xanh lam) để cung cấp độ phân giải cao hơn cho các vật liệu có kích thước dưới micron.

4. Thành phẩm

Sau khi trải qua quá trình tẩy trắng và thêm chất độn, chất định cỡ sẽ được đưa tới máy kéo giấy tự động. Sau đó giấy sẽ được sấy để loại bỏ nước và hình thành sản phẩm.

HORIBA LA-960V2, LA – 350 và SZ-100Z2 – Lựa chọn đáng tin cậy cho quá trình phân tích, kiểm tra kích thước hạt trong quá trình sản xuất giấy.

Máy phân tích kích thước hạt tiên tiến HORIBA

Máy phân tích kích thước hạt tán xạ Laser LA-350 Horiba

Kích thước nhỏ gọn
Phân tích nhanh
Phần mềm đầy đủ tính năng
Dễ sử dụng: Với tính năng căn chỉnh tự động, hệ thống siêu âm tích hợp để phân tán mẫu và hệ thống bơm mạnh mẽ, kết hợp với các tính năng tự động hóa của phần mềm.

Ảnh thực tế máy phân tích kích thước hạt HORIBA LA-350

Máy phân tích kích thước hạt tán xạ Laser LA-960V2 HORIBA

Thiết kế quang học cải tiến
Tự động căn chỉnh nguồn laser nhanh
Phạm vi góc đo lớn cho độ phân giải tín hiệu tốt.
Thiết bị tán xạ laser ổn định
Thời gian đo mẫu lỏng nhanh, hệ thống phân tán mạnh và đơn giản.
Đo khô phân tán bột tự động hiệu quả

máy phân tích kích thước hạt HORIBA LA-960V2

Nguồn tham khảo:

https://www.horiba.com/int/scientific/applications/chemistry/pages/particle-size-of-paper-chemicals/

Tìm hiểu thêm về các ứng dụng nổi bật khác của thiết bị phân tích kích thước hạt HORIBA tại đây>>>

REDLAB – FOR YOUR LABORATORY

Công ty TNHH Redlab là đối tác đáng tin cậy cho phòng LAB của bạn, chúng tôi cung cấp:

Thiết bị và vật tư tiêu hao
Tư vấn, thiết kế và lắp đặt nội thất phòng thí nghiệm
Dịch vụ sửa chữa – bảo trì – bảo dưỡng thiết bị

Mời bạn xem thông tin sản phẩm và đặt hàng các thiết bị tại cửa hàng trực tuyến của RedLAB tại đây: online-store.redlab.com.vn hoặc tham khảo thêm các sản phẩm thiết bị phòng thí nghiệm khác trên website: redlab.com.vn

Để được tư vấn sản phẩm, mời bạn liên hệ HOTLINE: 0889 973 944.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG GIẤY TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT