Bot co,hoa,ban hoa

3,695 views

Published on

3 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
3,695
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
7
Actions
Shares
0
Downloads
109
Comments
3
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Bot co,hoa,ban hoa

  1. 1. Chương 1 VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HÓA HỌC CỦA GIẤY1.1.Khái quát sản phẩm giấy.1.2.1.Giấy: Sản phẩm của sợi cellulose có dạng tấm, trong đósợi và các phần sợi được lien kết với nhau tạo mạngkhông gian ba chiều.1.2.2.Bột giấy: Nguồn nguyên liệu có tính chất sợi dung để làmgiấy. Bột giấy thường có nguồn gốc từ thực vật. Tuynhiên, người ta cũng có thể làm những loại giấy đặcbiệt 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 cótính chất sơ sợi. Chúng có khả năng đan kết và épthành tấm đồng nhất. Ở những chỗ tiếp xúc sơ sợi tiếpxúc, có sự hình thành lien kết chặt chẽ. Trong một sốứng dụng cấy trúc sơ sợi phải đảm bảo độ bền trongmột thời gian dài. Độ liên kết sợi được đánh giá qua độ kháng kéohay độ bục của tờ giấy. 1
  2. 2. Bảng 1.1:Thông số cơ bản về tính chất sợi của một sốnguyên liệu bột giấy Chiều dài Đường kính Tỷ số l/ sợi sợi d (µm) d l (mm)Gỗ mềm1 4 20 100Gỗ cứng2 2 22 90Rơm (lúa gạo, 0,5-1,5 9-13 60-120lúa mì)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, baogồm những đơn vị D-glucose pyranose liên kết vớinhau bằng liên kết β-1,4-glucose. Có thể biểu diễnphân 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
  3. 3. OH OH OH O HO O HO O O OH HO O HO OH OH OH nHình 1:Cấu trúc của cellulose ở dạng lập thể Số monomer có thể đạt từ 2.000-10.000, có thể lênđến 15.000 đối với cotton. Độ trùng hợp này tương ứng với chiều dài mạchphân 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 hợpcòn khoảng 600-1500. Mạch đại phân tử cellulose có cấu trúc mạch thẳngvà có cấu hình dạng ghế. Có khoảng 65-73% cellulose là ở trạng thái kếttinh. Phần cellulose vô định hình là phần khá nhạy vớinước và một số tác chất hóa học. Chính nhờ phần này 3
  4. 4. mà làm tăng liên kết sơ sợi và làm tăng lực cô kết tờgiấy. 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 % Cellulose Cotton 98 Cấy gai 86 Cây gai dầu 65 Cây đay 58 Gỗ cứng (gỗ là rộng) 41-42 Gỗ thông 41-44 Ngũ cốc 43 Rơm lúa mì 42Bảng 1.2:Thành phần cellulose trong một số loại gỗ vàcác thực vật không bản chất gỗ Cellulose trong gỗ thì liên kết với các chất khácnhư carbonhydrat được xem như là hemicellulose, 4
  5. 5. không carbonhydrat như là lignin, các chất nhựa.Hình 2:Sợi cellulose trong thực vật1.4.2.Cellulose toàn phần (Holocellulose) Cellulose toàn phần là tổng cộng carbon hydrattrích ly từ thực vật thô. 5
  6. 6. 1.4.3.Hemicellulose  Các đơn vị cơ sở của nó có thể là đường hexose (D-glucose, D-manose, D-galactose), hoặc đườngpentose (D-xylose, L-arabinose và D-arabinose), đềoxyhexo hình 2. Gỗ mềm và gỗ cứng khác nhau ở tổng hàm lượnghemicellulose. Độ bền hóa học và bền nhiệt của hemicellulosethấp hơn cellulose vì chúng có độ kết tinh và độ trùnghợp thấp hơn (độ trùng hợp khoảng 90). Đặc trưng của chúng là có thể tan trong kiềmloãng. Hemicelulose tồn tại ở dạng mạch nhánh, ở trạngthái vô định hình. 6
  7. 7. CH2OH CH2OH CH2OH O OH O OH OH O OH OH OH OHOH OH OH OH OHβ- D-G1cp β- D-Man p α- D-Ga1pPentose CH2OH O OH O OH OH O OH OH OH OH OH CH2OHOH OH OHβ- D-Xy1-cp α-L- Ara p α- L-Araf O CH2OHO OH OHCH2OH OH OH OH OHβ- L- Araf α- D-ArafAcid Hexuronic COOH COOH COOH O OH OH O OH O OH OH OH OHOH OCH3 OH OH OHβ- D-G1cp U β- D-Ga1- pU 4-O-Me-α,β-D-G1cpU 7
  8. 8. 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. Theobáo cáo của tác giả Ritter tổng số hemi –cellulose là34% trong đó 22% liên kết với cellulose và 12% liênkết với lignin. Trong xử lý sulfit thì một phần hemicellulose bị thỷphân thành đường đơn. Trong sử lý sulfat (nấu bột kiềm), một phầncellulose bị chuyển thành acid saccharinic, mà đượctách đi khi rữa bột, hoặc có thể hấp phụ lên sợi. Tách hoàn toàn hemicellulose trong bột là khôngthích hợp, phần hemicellulose còn lại trong bột là mộtđặc tính rất quan trọng trong làm giấym, đặc biệt theoxu hướng hình thành sợi và liên kết sợi. Hemicellulose có chứa những nhóm acidhexuronic, sẽ ảnh hưởng đến đặc tính háo nước củasợi bột, làm gia tăng tốc độ nghiền bột và cải tiến độbền kéo và độ chịu bục cuả giấy. 8
  9. 9. Mặt khác hemicellulose được xem như làm giảmđộ 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 cottoncó D.P= 4000 ở mức trung bình. Trị số trung bình của D.P chi phép xác định chấtlượng của cellulose. D.P của cellulose gỗ thì rất cao, nhưng dễ dàng bịgiảm cấp do xử lý hóa học, nấu bột gỗ. Theo KraermerD.P cellulose của cotton lớn hơn 3500, so sánh vớiD.P cellulose của gỗ một số loại bột gỗ thương mại là600-1000. •Độ nhớt của dung dịch cellulose Phương pháp đo độ nhớt dùng để xác định chiềudài mạch phân tử theo lý thuyết. Phương trình : η = K.Mα đưa ra quan hệ giữa độnhớt và trọng lượng phân tử M, K và α là hằng số phụ 9
  10. 10. thuộc vào hệ thống riêng. Khi độ nhớt cao, phươngtrình trên còn chính xác, khi độ nhớt thấp, phươngtrình trên không còn áp dụng chính xác. •Thế điện động của cellulose:+Một đặc điểm quan trọng của cellulose là thế điệnđộng âm, điện thế Zeta, khi phân tán trong nước. Sợicellulose hấp thụ những nhóm hydroxyl trong củanước, hình thành lớp điện tích âm trên bề mặt sợi. Điện thế Zeta của cellulose tương tác với H2O theoMcKinley và Gortner là -5,8 mv và theo Briggs là -20mv cho giấy lọc và -8 mV cho bọt gỗ sulfit. Trongnhững dung môi không phân cực như benzene, điệnthế này bằng 0. Điện thế điện động là một hệ số quan trọng trongsự trương nở của cellulose trong nước, sự trương nởcủa cellulose lớn nhất ở điện thế cao nhất. Nó quan trọng trong sự hình thành tờ giấy và cũnglà hệ số quan trọng quyết định sự bảo lưu của tinh bột,gia nhựa, pigment, thuốc nhuộm, những loại resin bềnướt và các vật chất tương tự thêm vào ở công đoạnlàm bột cung cấp cho máy xeo. 10
  11. 11. LIGNIN Trong gỗ lignin cóa màu trắng. Lighin Một polyphenol có mạng không gian mở. Thành phần thay đổi theo từng loại gỗ, tuổi câyhoặc vị trí của nó trong cấu trúc gỗ. Lignin là thành phần chủ yếu trong gỗ, số lượngthay 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 liginthay đổi từ sáng đến nâu thẫm, phụ thuộc phươngpháp ly trích. Lignin là nhựa ở trạng thái vô định hình và trọnglượng phân tử và khả năng hòa tan thay đổi. Trọng lượng phân tử thay đổi từ 300-14.000. CH3 OCH3CH OCH3 HO 2 O C O HO O CH O C O C CH2 H3CO OCH3 11
  12. 12. 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 tửcó nhóm chức đáng lưu ý: nhóm –OH của phenol vànhóm –OH bậc 1 và bậc 2, nhóm –OCH3 (metoxy), vàcả nhóm carbonyl và khả năng enol hóa cho sản phẩmcó 1 liên kết đôi và một nhóm –OH. Hầu hết các nhóm chức khác nhau trong lignin thìphản ứng khác nhau. Nhóm –OH phenol có đặc tínhacid yếu và làm cho lignin hòa tan trong kiềm. Nhóm –OH trong lignin có thể acetyl hóa hoặc alkylhóa. Những phản ứng của lignin trong điều kiện trungtính, 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 điềukiện sulfo hóa, ôxy hóa, và halogen hóa đặc biệt quantrọng cho lamg bột, các nhà hóa học về giấy tin tưởngcó một sự tương quan giữa bột và xử lý tẩy. 12
  13. 13. 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 thànhdạng 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 sảnphẩm là acid như acetic, oxalic, succinic. Trong điêu kiện trung bình, xử lý tẩy bột lignin tạothành sản phẩm hòa tan trong nước hoặc kiềm. Trongtẩy NaClO, nhóm –OH của phenol phản ứng với tácnhân tẩy tạo thành sản phẩm tan. •Liên kết lignin –hemicellulose Benzyl eter HO CH2 O OH C xylan O C O O O OH OHHO CH2 O glucomannan O Phenyl glucosideGỗ mềm Gỗ cứng 13
  14. 14. Benzyl ester C C O C O C O CH2OH glucomannan OH O O H3C O O OH OH O OH O XylanGỗ mềm và gỗ cứng Gỗ mềm và gỗcứngHình 5:Một số liên kết lignin-hemicellulose phổ biến CÁC CHẤT TRÍCH LY Hợp chất mạch Hợp chất phenol Các chất khác thẳng và vòng Terpen vaf Phenol đơn giản Carbonhydrat terpennoid Stiben Acid amin(gồm acid nhựa Lignan Acaloid và steroid) Isoflavon CoumarinEster và acid béo Tananh Quinone(chất béo và sáp) Flavonoid Alcol AlkanBảng 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
  15. 15. CH2OH CH2OH H O O O H O O O O OHình 6: Phản ứng ôxy hóa Thủy phân: CH2OH CH2OH H O O H O O Cellulose Cellulose O O H O O CH2OH CH2OH OH H O O OCellulose + O H HO O O O DicarbonylHình 7:Phản ứng thủy phân cấu trúc carbonyl β glucoxy Phản ứng tách loại và chuyển vị Tách loại: CH2OH CH2OH H O O H O O Cellulose Cellulose O O H O O CH2OH CH2OH OH H O O OCellulose + O H HO O O O DicarbonylHình 8:Phản ứng chuyển vị và tách loại Cấu trúc dicarbonyl loại aldehydHO CH2OH H CH2OH O O Ocellulose cell O + + Cellulose-O O Cellulose C O O O O 15
  16. 16. Hình 9:Cấu trúc dicarbonyl loại aldehyd Cấu trúc carbonyl loại ceton OH CH2OH CH2OH H O O O OCellulose Cellulose Cellulose Cellulose O O O O O OHình 10:Cấu trúc dicarbonyl loại ceton Phân tử cellulose khi bị ôxy hóa và có nhómcarbonyl ở C5 cũng cho phản ứng cắt mạch. O H O H C OH C O O O H O OCellulose OH Cellulose OH Cellulose H OH H OH + Cellulose-OHình 11:Phản ứng thủy phân bằng kiềm khi có nhómcarbonyl tại C6 Phản ứng Pelling R CHO HC O HC O O H OH C OH C OH OH OH OH HO H HO H HO HOR H OR H H OR H OR OH H OH H OH H OH R R R 16
  17. 17. CH OH HC OH HC O CH2 OH HC OH C OH H HO C H O C C O C O OH H HO H HO H HO HHO H HO H H OR H OR H OR OH H OR H OR H OH H OH H OH H OH H OH R R R R R Peeling COOH CH2 OH CH2 OH HO C CH2OH OH O C O C CH2 O C HO C H C H H C H H C H H OH H OH H OH R R RHình 12:Phản ứng Pelling •Phản ứng của lignin trong môi trường kiềm Phản ứng thủy phân: nhiệt độ cao (>100oC) lignincó thể bị thủy phân. OCH3 OCH3 R1 OH R1 B O C H + OR2 OH B O CH OH + SH CH OR2 CH (I) (II) A A OH OCH3 OCH3 OH O OCH3 R1 OCH3 R1 OH H C OH + B O C B O (V) CH CH 34% A (III) A OCH3 OCH3 O O (IV) 17
  18. 18. Hình 13: Phản ứng minh họa thủy phân lignin trong môitrường kiềm •Phản ứng của lignin trong môi trường acid Phản ứng thủy phân CH2OH CH2OH CH2OH CH2OHAr O CH Ar O CH Ar O C O C CH OH +H CH -H CH +H2O CH2 + ArOH -H2O OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 OR OR OR OR -CHO, -H Ar= CH OAr H2C OAr H3CO CHO CH2 CH HC OH + H 2O + H 2O + H2O OCH3 OCH3 OCH3 OR OR OR + ArOHHình 14:Cơ chế phản ứng thủy phân lignin trong môitrường acid 18
  19. 19. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY Xử lý hóa: Phương pháp kiềm, trung tính, acid Nguyên liệu (bột soda, sulfat, sulfite) gỗ Bột (rơm, tre, cỏ, bã giấy mía) Xử lý cơ: Phương pháp thô mài, nghiền, nhiệt cơ, hóa nhiệt cơ Tẩy trắng: Dịch đen (thu Cl2, hồi hóa chất) ClO2, NaClO, O3, O2, H2O2 Phối Phân Bột trộn tán và tẩy phụ gia nghiền trắng Nước thải (xử lý) Gia keo bề mặt,Xeo giấy, cán láng (ép Giấy thànhép, sấy quang),cuộn, cắt phẩm Nước trắng 19
  20. 20. Hình 2.1:Mô hình công nghệ chung của quá trình sảnxuất giấy 20
  21. 21. •NGUYÊN LIỆU GỖ Mục đích quá trình chế biến gỗ là chuyển chúngthành sơ sợi mềm mại, hoặc hòa tan lignin (được xemlà chất kết dính các bó sợi tạo nên cấu trúc chặt chẽcủa gỗ). Tác động cơ học hoặc hóa học làm tách rời các bósợi cellulose sẽ được tách rời tạo nên huyền phù đồngnhất 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 nămgọi là gỗ cứng. 21
  22. 22. 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 2,5-3,0 0,6-2,0trung bình 3,5-5,0Lignin, % 25-32 17-26Cellulose (Cross 55-61 58-64và Bevan), %Pentosan, % 8-13 18-25Tỷ trọng gỗ tươi, 21-26 22-35lb/cu.ft Chiều dài sợi của gỗ mềm dài hơn gỗ cứng, vìnguyên nhân này mà giấy làm từ bột gỗ mềm có độbền lớn hơn giấy làm từ gỗ cứng từ 30-100%. 22
  23. 23. 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 êmdịu với NaHSO3, sau đó hỗ trợ thêm giai đoạn cơ học đểtách sợi, hiệu suất khoảng 80%, phổ biến là bột NSSC(Neutral sulfite semichemical). •Phương pháp cơ học: H%: 85-90%. 23
  24. 24. Bột này có thành phần tương đương như gỗ, gọi làbột cơ, bột gỗ hay bột hiệu suất cao. Quá trình phân tách sợi chủ yếu là nhờ tác độngcơ học.Phân loại Phương Loại Dạng Hiệu suất pháp nguyên nguyên (%) liệu gỗ liệuBột cơ Bột mài Gỗ mềm Gỗ đoạn 90-95%học Bột Gỗ mềm Gỗ dăm 90-95% nghiền Bột nhiệt Gỗ mềm Gỗ dăm 90 cơBột cơ Bột mài Gỗ cứng Gỗ đoạn 85-90hóa xử lý Bột kiềm Gỗ cứng Gỗ dăm lạnhBột bán NSSC Gỗ cứng Gỗ dăm 65-80hóa Sulfit hiệu Gỗ mềm Gỗ dăm 55-75 suất cao Sulfat Gỗ mềm Gỗ dăm 50-70 hiều suất caoBột hóa Sulfat Cả hai Gỗ dăm 50-70học 24
  25. 25. Sulfit Cả hai Gỗ dăm 45-55 Soda Gỗ cứng Gỗ dăm 45-55Bảng 1.4:Một số phương pháp sản xuất bột cơ bản•CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CƠ HọC Một số thuật ngữBảng 1.5:Một số thuật ngữ về các loại bột Ký Tên tiếng Anh Đặc tính của bột hiệu 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 Super-pressure- Bột mài ở áp suất -S groundwood 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, Refiner mechanical B o C150-185160-175Thời pulp ột 25
  26. 26. gian nấu, giờ0,3 – ng 43-8Năng lượng cho quá hi trình nghiền, hp-day/ton ền (khô gió)12-1810-15Điều đĩ kiện nấu trong phương a pháp xử lý bán hóa sulfit sảtrung tính dùng để làm giấy n bìa và bột tẩyYêu cầu vể xu hóa chấtBột sản xuất ất bìaBột tẩy trắngHiệu suất từbột (%)70-8065-72Hóa chất dănấu:Bột hóa nhiệt cơ, quá mtrình nghiền được thực hiện ở ở áp suất của dăm hay áp những loại bột thô đã qua su xử lý sơ bộ với hóa chất, ất hiệu suất > kh 90%.PRMPPressure- í Refiner- mechanical qupulpTuơng tự RMP, nhưng yểqúa trình nghiền thực hiện n.ở áp suất và nhiệt độ cao, D hiệu suất 97% ă 26
  27. 27. .TMPThermomechanical m pulpBột nhiệt cơ, dăm gỗ đ được giá nhiệt có áp suất ư bằng hơi nước , P =3,5 bar, ợc nhiệt độ 140-155oC, hiệu rữ suất a 97%.CMPChemimechanical và pulpBột hóa cơ, có thể sản xử xuất theo phương pháp mài lý hoặc nghiền, gỗ được xử lý sơ với hóa chất, hiệu suất bộ 80-95%, dăm được xử lý sơ vớ bộ với hóa chất hay hơi, rồi i được nghiền ở áp suất cao h hay áp suất khí quyển. Xử ơi lý hóa học tương đối mạnh, n hiệu suất < ư 90%.CTMPChemi-RMP ớc •ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM trCỦA PHƯƠNG PHÁP ư Xử lý NSSC bột màu ớc sáng hơn kh Tính kinh tế của gỗ và i 27
  28. 28. tiêu hao hóa chất ng Áp dụng rộng rãi cho hinhững loại gỗ khác nhau. ền Xủ lý NSSC sẽ cho bột ,khi làm giấy cứng hơn khi hisử dụng bột kiềm thông ệuthường, chủ yếu phát triển sucho làm giấy lớp giữa gợn ấtsóng. 97 %. •XỬ LÝ SULFAT Bột bán hóa sản xuấttheo phương pháp sulfat thìcó màu thẫm hơn, độ bềncơ lý thấp hơn, và có nhiềulignin hơn và íthemicellulose hơn so vớiphương pháp bột NSSC. Bột sulfat nói chung 28
  29. 29. thường làm từ gỗ thông vàbột sử dụng trong sảnphẩm giấy gợn sóng. Cácđiều kiện nấu khác nhưnhiệt độ như trong nấu bộtkiềm thông thường. Bột thì được đưa đếnnghiền nóng trong máynghiền đĩa, với công suấtkhoảng 3,7 hp-day/ton. Ép bằng vít xoắn trướckhi nghiền trở nên phổ biếncó ý nghĩa tạo sợi và thuhồi hóa chất. Thành phầnlignin của bột kraft hiệu suấtcao khoảng 8-14%. Bột kraft độ bền rất caocó thể sản xuất từ thôngbằng phương pháp nấu bộthiệu suất cao với dung dịchsulfat có hàm lượng kiềmhoạt động thấp 29
  30. 30. Hiệu suất bột, % 115 460 7 262 -SO2, lb/ton bột khô gió -Na2CO3, lb/ton bột khôgió 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 cơhọc. Mục đích làm cho nóbiến dạng sơ sợi sao cho 30
  31. 31. thích ứng với quá trình làmgiấy. Gỗ là polymer có tínhđàn hồi nhớt, nên khả năngthích ứng của nó đối với tácđộng cơ học phụ thuộc vàonhiệt độ, độ ẩm và thờigian. Nhiệt độ chuyển từtrạng thái cứng sang trạngthái mềm là thông số quantrọng. Gỗ luôn chứa một luợngnước nhiều hơn lượngnước bão hòa của lớptường tế bào sợi. Dưới điềukiện này cả cellulose vàhemicellulose vô định hìnhđược làm mềm ở 20oC. Điểm chảy mềm củalignin là thông số quantrọng cho quá trình xử lý. Khi tăng tần số tác dụng 31
  32. 32. của lực, điểm chảy mềmcủa lignin tăng. Nhiệt độ chảy mềm củalignin liên quan đến cấu trúccủa lignin trong gỗ. Gỗ là một nguyên liệuđàn hồi nhớt, năng lượngsẽ bị mất đi và chuyểnthành nhiệt năng trong quátrình biến dạng, chính sựsinh nhiệt này làm sinh radòng hơi trong quá trìnhnghiền. Tại nhiệt độ cap hơnnăng lượng cần để biếndạng gỗ cần thấp hơn. Những biến dạng lớnhơn ứng với nhiệt độ caohơn, sự mỏi của gỗ sẽnhanh hơn khi nhiệt độ cao. 32
  33. 33. Nước Lưu trữ gỗ Nước Bơm Máy bóc vỏ gỗ Turbine Nước Bể chứa Motor phun Áp lực cao Máy mài Điện năng Áp lực thấp Mương dẫnQUI TRÌNH SẢN XUẤT nguyên liệu Hoặc BỘT CƠ Áp lực cao Sàng thô Máy nghiền Áp lực cao Hoặc Sàng tinh Thải Nguyên liệu hợp cách Máy xeo ướt Cô đặc bột Lưu trữ nước Lưu trữ huyền Lưu trữ bột tấm trắng phù bột Nước trắng 33 Bể thu gom nước Bột thu hồi
  34. 34. •SẢN XUẤT BỘT MÀI•Nguyên lý: Đưa gỗ vào trong quátrình chịu tác động tuầnhoàn của ứng suất Năng lượng cơ họcđược hấp thu để phá vỡ 34
  35. 35. cấu trúc của nguyên liệuban đầu. Sợi được tách ra, vấnđề là cần kiểm tra đượchiện tượng sợi bị cắt và tínhmềm mại của sợi, điều nàyphụ thuộc nhiệt độ và hàmẩm của gỗ.•Đặc tính của bột mài Độ bền thấp hơn so vớibột sulfit và sulfat. Đặc tính hồi màu củabột mài, phù hợp với giấybáo, sách thô, catalog, máyin ống đồng, tạp chí, giấyvẽ thô, giấy lau, giấy đếgián tường, carton đế vàcác lọai giấy dán tường vàgiấy bìa. Bột mài có chi phí thấp,chất lượng in ấn tốt, độ mờđục cao, khả năng thóatnước tốt trên những máy 35
  36. 36. xeo chạy tốt độ cao, chấtlượng in ấn tốt vì độ khốicao, độ phẵn nhẵng, tínhđàn hồi, khả năng hấp thumực in tốt. Giấy có khuynh hướngít quăn hơn so với bột hóahọc. Số lượng bột mài sửdụng trong giấy báo khoảng85%. Bột mài sử dụng tronggiấy in có thể tăng tử30-85%. Trong những loại giấykhác chứa từ 10-100%,khoảng 10-20% được phatrộn với nguyên liệu bột hóahọc sợi dài sẽ gia tăng độbục của những loại giấynhẹ mà không giảm độ bềnxé, bột mài sẽ là chất độngiữa những sợi dài của bộthóa học. 36
  37. 37. Hàm lượng % của bộtmài cao sẽ làm giảm độ bềncủa giấy. Bột mài từ cây dươngsử dụng trong giấy báokhoảng 15% và lên đến50% trong những loại giấyin mà không làm hỏng giấy. Theo tác giả Sears nếusử dụng quá 10% bột màitừ cây gỗ sồi thì sẽ giảm độbền của giấy in báo. •QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGHIỀN Phát triển gần 20 năm 37
  38. 38. nay. Với phương pháp nàyngoài tác động của cơ học ,sợi còn có tác động chổihóa sợi hay làm phát triểnsơ sợi. Bột sinh ra có đặc tínhtốt hơn so với bột mài. Các loại máy nghiền sửdụng chủ yếu trong côngnghiệp là: Sử dụng máy nghiềnđĩa Máy nghiền côn tốc độcao. Nồng độ của quá trìnhphân hủy dăm thành sợi ởgiai đoạn đầu, thường nồngđộ khoảng 20-40%. •BỘT NHIỆT CƠ (TMP) Tính năng cơ lý của bộtnghiền có thể được cải 38
  39. 39. thiện (tăng độ bền xé chogiấy báo và giấy bìa) bằngcách : (1): Cho gỗ trước khinàp vào máy nghiền đi quacông đoạn tiền xử lý với hơinước bão hòa ở nhiệt độ >1000C trong khoảng 5-10giờ ở áp suất cao hơn ápsuất của hơi nước bão hòaở cùng nhiệt độ. Khả năng hòa tan cácacid hữu cơ khi gỗ xử lýtheo cách này và ở đây cósự giảm cấp polymer củacellulose, Ảnh hưởng chủ yếu làsự làm mềm hoặc một phầnảnh hưởng của dung môitrên lignin trong gỗ dẫn đếngỗ sẽ dễ dàng tách ra thànhsợi. 39
  40. 40. Kết quả là bột có độ tựdo cao hơn và độ bền caohơn và cứng hơn so với bộtgỗ mài. •NHƯỢC ĐIỂM Bột có màu thẫm hơndo đó chỉ áp dụng có giớihạn cho giấy bìa và nhữngloại giấy bìa có màu nâu giátrị thấp. Khi dùng gỗ mềm, tổngnăng lượng tiêu thụ thấphơn. Ở nhiệt độ cao và ápsuất cao, gỗ có thể hòa tankhoảng 12% đối với gỗthông đến 17% với gỗ vânsam. Hơi nước sử dụng phùhợp tốt với gỗ cứng hơn gỗmềm, bởi vì không có hiện 40
  41. 41. tượng hồi màu như gỗmềm. Một sự thuận lợi khi sửdụng hơi nước là xử lýđược nhựa cây. Sự gia tăng mức độ xửlý do thời gian và nhiệt độkéo dài do đó gia tăng độbền, giảm hiệu suất, vàmàu bột sáng hơn, nănglượng sử dụng có thể giatăng không đáng kể. •BỘT HÓA-NHIỆT CƠ (CTMP) Bột hóa nhiệt cơ là bộtcải tiến được độ bền vàchiều dài sợi cuả bột màibằng cách tiền xử lý gỗ vớihóa chất. Có hai phương pháp đểtiền xử lý gỗ: (1): Xử lý gỗ cùng một lần 41
  42. 42. 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 đãđược báo cáo là làm giatăng sản phẩm và giảmtổng nguồn năng lượng tiêuhao 3, Sau đó NaHSO3 đượctưới vào máy mài để giảmnăng lượng tiêu tốn và giatăng độ rực sáng của sảnphẩm. Mức dùng NaHSO3 là0,8% trên trọng lượng của3 W. Brecht and H. Weiss, Papier, Das,11, 82-89 (1990). 42
  43. 43. 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 gỗtròn: 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
  44. 44. 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 ForestProductions 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
  45. 45.  Qui trình xử lý 4 giaiđoạn cho vấn đề tiền xử lýgỗ cứng bằng dung dịchsulfit trung tính trước khimài: Trong xử lý này gỗđược nhúng ngập trongdung dịch nồng độ 60g/lcủa NaHSO3 và 20g/l củaNaHCO3 sau đó đưa vào: -(1): Giữ trong chânkhông 30 phút. -(2): Nâng nhiệt độ đến250oF, ở P = 140 p.s.i trong30 phút. -(3): Giữc tiếp tục trongchân không 30 phút -(4): Nâng nhiệt độ đến250oF, ở P = 140 p.s.i trong 45
  46. 46. 30 phút.Áp suất làm cho dung dịchhóa chất thấm vào và gỗđược mềm ra trong thờigian 2h. SẢN XUẤT SỢI NGUYÊN GỖ (WHOLE WOOD FIBER MANUFACTURE) Định nghĩa : Sản xuấtsợi nguyên gỗ được địnhnghĩa là khử gỗ thành trạngthái sợi mà không dùngđến hóa chất, do đó mà sảnphẩm cuối cùng có thànhphần gần như gỗ ban đầuvà hiệu tương đương100%. Bột mài là bột chủ yếuđể sản xuất sợi nguyên gỗ. 46
  47. 47. Những sản phẩm sợinguyên gỗ sẽ được đề cấpdưới đây. Bột nguyên gỗ thì đượcsử dụng để làm hai kiểu bìachủ yếu sau: -(1) : Bìa cách điện -(2) : Ván dăm Cả hai loại bì này đượclàm từ sự đan kết của sợitrên máy xeo dài (fourdriniermachine), nhưng những xửlý cuối cùng thì khác nhaucho mỗi trường hợp.•Ván dăm Ván dăm là dạng từdăm gỗ hơn là sợi. Chúng liên kết với nhaubằng nhựa tổng hợp, dướiđiều kiện nhiệt độ áp suấttạo thành dạng bìa. Trong kiểu xử lý nàydăm được làm vụn, sấy 47
  48. 48. khô, phối trộn với sáp vànhựa (resin), rồi được phunbằng một đầu phun đến 1bảng phẳng tạo thành bềdày mong muốn, và cắttấm, sau đó ép lạnh, và tiếptục ép trong điều kiện nhiệtđộ và áp suất.• XỬ LÝ CHUNG CHO BÌA SỢI NGUYÊN GỖ Sợi nguyên gỗ thìthuờng không xử lý gỗtươi , gỗ xử lý với hơi hoặcnước nóng. Hơi sẽ làm mềm gỗ, yếuliên kết sợi-sợi và sảnphẩm gỗ sẽ chứa một ít sợicắt ngắn. Điều này sẽ làmgiảm nguồn năng lượngtiêu thụ cho đánh tơi sợi. Màu thấp hơn và hiệusuất bột sẽ phụ thuộc vào 48
  49. 49. nhiệt độ của hơi nước sửdụng. Số luợng hơi sử dụngphụ thuộc vào loài và đặctính của sản phẩm. Với gỗ vân sam, dương,cây bạch dương, một sốloại thông và một vài loại gỗcó thể đánh tơi ở dạng tươivà xử lý bằng nước xàphòng và không có giaiđoạn tiền xử lý nào khác. Một số loại gỗ khácnhư: gỗ thông hoa cờ,thông lá ngắn và một số loàithông vàng yêu cầu phải cógiai đoạn tiền lý bằng hơinước trước, hoặc nấu bánhóa trong điều kiện kiềmtrung bình. Một số loài gỗ cứng nhưcây bu-lô, gum bắt buộc 49
  50. 50. phải xử lý nấu bán hóa(semichemical). Tổng quát thì gỗ cứngthì phải xử lý bằng hơinước hơn là gỗ mềm. Sản phẩm bột do xử lýgỗ nguyên sợi không thíchhợp cho làm giấy, nhưngthích hợp cho: giấy dántường, vật liệu cách điện,giấy tẩm nhựa đường, bìacarton cứng, giấy gợn sóng. Bột này làm vật liệucách điện rất tốt bởi vìchúng chống lại nhiệt rấtcao, chất lượng về độ xốptốt, độ cứng cao, khó thấmnước và các đặc tính khác7 .2.5.1.Bìa cách điện+Bìa cách điện là một sảnphẩm chủ yếu làm từ sợi7 C. C. Heritage and T. C. Duwall, Southern Pulp Paper Mfr., 11, No. 9, 50, 52-54, 56 (Sept . 15,1970). 50
  51. 51. nguyên gỗ, mặt dù nó đượclàm từ những sợi khác nhulà bột mài thô. Bìa cáchđiện được sản xuất từnhững máy xeo tròn đặcbiệt hoặc xeo dài.+Dạng Máy xeo này có mộtbể đơn đường kính khoảng14 ft, sử dụng nguyên liệudễ thóat nước như là bột gỗmài. Tốc độ máy xeokhoảng 22-40 f.p.m. Sau đóđược ép ướt ở phân đoạnép, bìa được cắt thành tấmrộng 8-12 ft dài 8-24 ft và tựđộng đưa đến lô sấy, sấybằng hơi nước ở P=250-450 p.s.i, hoặc sấynhiệt trực tiếp bằng gashoặc dầu. Nhiệt độ trongkhu vực cuối cùng thườngduy trì ở 360oF.+Bột mài là bột sử dụng chủ 51
  52. 52. yếu cho làm bìa cách điện.Bìa cách điện thì cũngđược làm từ những loại bộtkhác từ bã mía, mãnh sợiđay, rễ cây cam thảo. •BÌA CỨNG Bìa cứng là bìa đặc biệtđược làm từ bìa sợi nguyêngỗ bằng quá trình ép ướt,của những tấm còn thô củasợi gỗ. Giống như bìa cáchđiện (nhưng không giốngdăm ép), nó là dạng liên kếttự nhiên sợi-sợi, nhưngthường phối trộn thêm resinkhoảng 1,5% so với trọnglượng sợi. Sản phẩm bìa cứngthường được làm trên mạtcưa từ gỗ, mạt cưa từnhững tấm giấy cắt, lớp áocủa lõi giấy và những 52
  53. 53. nguyên liệu đồng dạng. Gỗ được đánh tơi thànhsợi hoặc những nguyên liệukhác nghiền thành bột rồihình thành dạng tấm hoặcxử lý ướt hoặc xử lý khô. Xử lý này rất đơn giảnđể sử dụng làm giấy cáchđiện. Ngoại trừ nhựa nhiệtrắn phenolic và nhũ tươngsáp được sử dụng để tạokết tủa trong khâu chuẩn bịbột. Sau đó bề mặt tờ giấyđược tráng với một hỗn hợpcủa resin và sáp vàaluminum stearate.8 Vấn đề làm khô hoặc xửlý bán khô có thể được tiếnhành. Trong phương án xử lýbán khô, gỗ được nấu trong8 O. w. Frost and G.E. Tower, U. S. Pat. 2.680.995 (July 15, 1954). 53
  54. 54. nối nấu, sau đó thực hiệnnghiền tinh bằng máynghiền đĩa và xử lý vớilượng nhỏ của resin. Sợi được băng tảichuyển đến một cylon và rồiđược một máy lọc sợi kiểubăng chuyền cho ra dạngtấm thô dày 6-8 in. Quá trình ép khoảng50% và cuối cùng ép thànhdạng bìa dày. Khi xử lý ướt, bột có độthóat nước cao, giảm xuhướng hỏng bìa trong điềukiện nhiệt độ áp suất caotrong khi ép. Ép 3 trạng tháiđược áp dụng: ép chập cáclớp giấy khởi đầu, thóat épcho phép rời khỏi hơi vàcuối cùng ép duy trì đến khibìa khô. Ép cuối cùng P = 700 54
  55. 55. -800 p.s.i. Thành phần hơinước còn lại trong bìa tronggiai đoạn ép cuối là quantrọng. Thành phần hơinước cao sẽ làm giấy bịrộp, ít hơi nước thì tỷ trọngbìa sẽ giảm. Sự gia tăng áplực ép, trong giai đoạn épđầu, sẽ làm gia tăng tỷtrọng của bìa trong giaiđoạn cuối. Sự gia tăng nhiệtđộ, sẽ giảm thời gian ép vàcũng sẽ gia tăng modun nứtcủa bìa khoảng 50 % khinhiệt độ tăng từ 300oF –460oC9.−Bìa cứng sử dụng trongxây dựng và tủ đựng đồ,các vật dụng tuơng tự.9 H. Wilcox, Tappi, 36, No. 2, 89-94 (Feb., 1953). 55
  56. 56. •BỘT BÁN HÓA (SEMICHEMICAL)•Khái niệm bột bán hóa Bột bán hóa là bột bộtthu được từ xử lý hai trạngthái yêu cầu hóa chất tiềnxử lý dăm mãnh gỗ đã đạtđược độ mềm và tách một 56
  57. 57. phần liên kết lignincellulose, tiếp theo là xử lýcơ học để hoàn thành việctách sợi. Phương pháp này dophòng thí nghiệm nhữngsản phẩm từ rừng ở Mỹ tìmra năm 1926, bao gồm batrạng thái xử lý: -(1): Thấm ép nhữngmãnh gỗ với dịch nấu -(2): Nghiền nguyên liệuvới hóa chất, hầu như trungtính và duy trì môi trườngtrung tính trong suốt quátrình nấu -(3): Xử lý cơ học nhữngmãnh gỗ mềm đến trạngthái sợi10 Hiệu suất bột thường từ65-90% và khoảng 70-80%10 Public Patents, U. S Pat.1.859.845; 1.859.846; 1.859.847 (May 24, 1932) 57
  58. 58. cho những loại bột khôngtẩy. Đối tượng áp dụng chủyếu cho gỗ cứng. Bột bán hóa đã pháttriển hơn, hiệu quả về thiếtbị nghiền thay thế nhữngmáy nghiền búa bằng máynghiền côn, nghiền Clafin. Xử lý này mang tínhkinh tế cao, hiệu suất bộtcao, hóa chất tiêu hao thấp. Hiệu suất khoảng 40%hoặc cao hơn, vi có khoảng25-50% lignin được tách ravà 30-40% cuảhemicellulose trong gỗ táchra, so sánh với 90-98% củalignin và 60-80% củahemicellulose trong bột hóahọc được tách ra.•Hiệu quả của bột bán hóa 58
  59. 59. Việc tẩy bột bán hóacho sản phẩm bột có thànhphần lignhin thấp, và thànhphần hemicellulose caokhác thường. Tẩy bột thì không nhưbột hóa học, sự khác nhauchính là quá trình làm sạchchủ yếu là ở quá trình tẩyhơn là quá trình nấu. Bởi vì hành động nấuvà tẩy là sự chọn lựa trựctiếp trên lignin, tẩy gỗ cứngsản phẩm có hiệu suất60%, so sánh với bột nấuhóa học có hiệu suất45-50%. Ví dụ: 1,3 cord của gỗcứng, tẩy bột thu được 1tấn bột tẩy, sử dụng xử lýbản hóa, so sánh với 2 cordcủa gỗ thông cho ra 1 tấn 59
  60. 60. bột tẩy xử lý theo phươngpháp sulfat. Xử lý bán hóa rất phùhợp với các loài gỗ cứng,không thích hợp cho bộtcủa các loài gỗ mềm củathông, vân sam và các loàigỗ đồng dạng với các loàigõ mềm. Bột bán hóa bền hơnbột từ nấu hóa học khi sửdụng những loài gỗ cứng. •HÓA CHẤT Sử DỤNG TRONG NấU BÁN HÓA Những chương trìnhcông việc thông thườngtrong nấu bán hóa là cắtmảnh gỗ và nấu với hóachất theo phương pháp liêntục hoặc gián đoạn. Một vài loại bột hóa họcthông thường, xử lý nấu có 60
  61. 61. thể nấu phương pháp nấubột bán hóa do vấn đề giảmtỷ lệ hóa chất so với gỗ,thời gian nấu, nhiệt độ nấu. Có ba xử lý chính đượcghi nhận chung như là xứ lýbán hóa. -(1): Xử lý sulfite trungtính được gọi là xủ lýNSSC. -(2): Xử lý bằng sodalạnh -(3): Xử lý kraft •XỬ LÝ SULFIT TRUNG TÍNH (NSSC) Xử lý này áp dụng rộngrãi cho làm bột bán hóa,Na2SO3 là tác chất đầu tiêndo Cross (1880. Tác chất thõa mãn choxử lý bán hóa là Na2SO3chứa dung dịch đệm hiệuquả là giữ pH= 7 trong suốt 61
  62. 62. thời gian nấu, từ đó tên”sulfit trung tính” (“neutralsulfite”) dùng để diễn tảkhái niệm này. Dung dịch đệm sử dụngđể kiểm sóat sự ăn mòncủa thiết bị và gia tăng hiệusuất bột.11 Tỷ số sulfit:dung dịchđệm là rất khái niệm quantrọng nhưng nồng độ củaion bisulfit là khái niệmquan trọng hơn. Đầu tiên Na2SO3:NaHCO3 = 4:1, áp dụng chobột không tẩy. Tỷ số cao hơn, 7:1 ápdụng cho bột tẩy. Độ trắng của bột đượccải thiện khi pH kết thúcquá trình nấu 7,2-7,5. Na2CO3 được xem là11 E. L. Keller and J. N. McGovern, Tappi, 32, No. 9, 400-405 (Sept., 1949). 62
  63. 63. dung dịch đệm vì khả năngđệm của mạnh khi kết thúcnấu, và không làm cho màubột sẫm lại như NaOH. Dịch nấu sulfit trung tínhthì liên quan đặc biệt đếnlignin, và khẳng địng ligninlà vật chất được tách ra ởnhiệt độ 170oC . Bột hiệu suất 80% từcây dương sẽ tách khoảng31% của hemicellulose hòatan , 5% của tổnghemicelllulose và 50% củalignin. Bột chứa khoảng19% lignin. Khi nhiệt độvượt quá 180oC, phản ứngít chọn lọc theo hướng táclignin và lignin còn lại trongbột ít thích hợp cho tác chẩttẩy. Điều kiện nấu bán hóacũng thay đổi khi làm bột 63
  64. 64. chất lượng cao, hoặc bộtthô. Ví dụ: Trong một loại bộtcho giấy bìa gợn sóng thìbột được làm bởi hỗn hợpcủa gỗ cứng và một lượngnhỏ của gỗ mềm trong dịchnấu sulfit trung tính , sửdụng 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 bột80-90% so với trọng lượnggỗ ban đầu. Một sự xử lý thích hợpcho giấy bìa gợn sóng từ gỗcứng ở New England đượcmô tả bên dưới, tỷ lệ hóachất: Na2SO3:Na2CO3 = 5:1;nồng độ dịch nấu tính theoNa2CO3 là 35g/l; số lượnghóa chất tính theo gỗ laqf 64
  65. 65. 14%, nhiệt độ 170oC, P=100 p.s.i, thời gian 2-3 giờ,hiệu suất 70% Bột bán hóa tẩy đượcsản xuất từ gỗ bóc vỏ sửdụng tỷ lệ hóa chất caohơn, nhiệt độ thấp hơn vàáp lực, thời gian nấu kéodài hơn. Xử lý bán hóa do phòngthí nghiệm các sản phẩm vềrừng bao gồm 4 công đoạnsau -(1): Xử lý hơi nước cácmãnh gỗ trong thời gian 0,5giờ, ở P khí quyển. -(2): Đưa dịch nấu vàonguyên liệu ở T=120-125oC, thời gian 1 giờ,P=100 p.s.i. -(3): Tách lượng thừa củadịch nấu đưa đến bể thu hồitái sử dụng cho nấu. 65
  66. 66. -(4): Nấu ở nhiệt độ140-160oC trong 1-6 giờ.Xử lý này chấp nhận nhiệtđộ cao hơn từ 170-175oC. thermomechanical pulpHóa chất nấu -NaOH + Na2S (qui về 4-7Na2O), % gỗNhiệt 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 bìagợn sóng và những loại bột tinh hơn cho sản xuất giấyin, 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 thíchhợp cho nhiều loại giấy từ bột mài thông thường. Sự xử lý này áp dụng cho gỗ cứng có tỷ trọng caomà bột mài không đáp ứng được. Xử lý soda bao gồm việc xử lý những dăm mảnhvới NaOH và những mạnh sợi mềm bằng nghiền đĩa. 66
  67. 67.  Xử lý soda thường làm trong một bể kiềm, thóatnước dịch kiềm trước khi tạo sợi, nhưng xử lý này cóthể tiếp tục tuần hoàn điều kiện kiềm để đi đến táchsợi. Xử lý này đặc biệt không tách được lignin như xửlý NSSC.•Điều kiện cho 1 mẻ xử lý: Ngâm tẩm từ 1-2 giờ ở áp suất khí quyển, hoặc20-30 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 liệukhô gió. Theo hai tác giả Snyder vaf Premo12 mô tả nhữngbước cơ bản trong một bể xử lý kiềm lạnh bao gồm: -(1): Thấm đẫm những mãnh gỗ cứng có kích thước3/8 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 sửdụng -(3): Lưu giữ dăm mãnh trong thùng chứa trong 40phút.12 K. L . Snyder and R.A. Premo, Tappi, 40, No.11, 901-904 (Nov., 1957). 67
  68. 68. -(4): Ép bằng vít xoắn trong vòng đến nồng độ chấtrắn khoảng 60%. -(5): Nghiền đĩa 2 giai đoạn ở nồng độ 12-15% và8% . -(6): Sàng, làm sạch và cuối cùng là nghiền tinhbằng nghiền đĩa để đạt được độ bền. Dăm mãnh hấp thụ hóa chất ở nồng độ NaOH2,5-4%. Nhiệt độ tối ưu là 25oC, nhiệt độ cao hơn làmcho sản phảm bột có màu thẫm. Năng lượng yêu cầu là 21 hp-day/ton ở giai đoạn 1và 23 hp ở giai đoạn 2. Hiệu suất bột là 80% phù hợp cho những loại bộtthông thường bằng quá trình xà phòng hóa các dămmãnh trong NaOH 40g/l và 0,05% chất hoạt động bềmặt trong 10 phút, ở 40oC, tiếp theo là quá trình ép bộtbằng thiết bị ép vít xoắn. Sự thấm ướt kiềm trong xử lý kiềm lạnh là một vấnđề với gỗ cứng dày. Trong xử lý truyền thống, phương pháp xà phònghoặc ngâm thường được áp dụng, các mãnh gỗ thấmướt bên ngoài nhưng bên trong chưa được thấm ướt. 68
  69. 69. Phương pháp ngấm áp lực có thể sử dụng trongđiều kiện P=150 p.s.i từ 20-30 phút để hoàn thành sựthấm ướt. Thành phần hơi nước và không khí trong dămmãnh thấp, sự thấm ướt diễn ra tốt. Kích thước dăm mãnh giảm trước khi xử lý cải tiếnsự thấm ướt, nhưng xu hướng giảm độ bền bột. Dămmãnh được ép và phân hủy trong sự có mặt củaNaOH 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 phíhóa chất và nguồn năng lượng thấp hơn trong vấn đềnghiền tạo sợi. Năng lượng yêu cầu 20-25 hp-day/ton nguyên liệukhô gió cho bột làm giấy gợn sóng, 35-40 hp-day/toncho bột làn giấy in. Dung dịch NaOH sử dụng cho sự thấm ướt có thểtái sử dụng. Điều này có thể giảm độ trắn từ 2-5 điểmsau 15-20 lần tái sử dụng. •ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XỬ LÝ BỘT KIỀM LẠNH • 69
  70. 70. Bột kiềm lạnh chất lượng cao làm từ gỗ cứng cóđộ chịu kéo cao, tương đương với bột mài từ cây vânsam và cao hơn cho bột mài từ gỗ thông. Khả năng thóat nước nói chung là cao hơn vàkhông như bột mài, bột có khả năng tạo tăng độ bềntrong qúa trình nghiền. Độ trắng thấp, có màu vàng cứng sau khi tẩy mộtgiai đoạn. Độ mờ đục thấp hơn bột mài. Bột không tẩy trắng có độ trắng 40-45, với bột tẩytrắng bằng 10% clorin, lượng bột hao phí sau tẩy trắng2-10%. Tẩy trắng hiệu quả thường sử dụng là xử lý kếthợp 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 dolượng hóa chất sử dụng cao. Ví dụ bột từ cây thônghoa cờ bằng phương pháp xử lý sulfit trung tínhkhoảng 45% hóa chất (Na2O) cao hơn so với xủ lýsulfat. 70
  71. 71. Năng lượng sử dụng trong quá trình nghiền tinhcao hơn so với gỗ cứng. Bột gỗ mềm xử lý bán hóa có thành phần lignincao hơn, độ bền thấp, so với gỗ mềm xử lý bằngphương pháp khác. Bột gỗ cứng xử lý bán hóa độ bền cao hơn bột hóasulfat và sulfat của gỗ cứng.13 Điều này được minh họa trong bảng 1.7, bột bánhóa từ cây dương so sánh độ bền với bột từ câydương sản xuất theo phương pháp hóa hoàn toàn (fullchemical: sulfat, kiềm, và xử lý sulfat). So sánh với bộtsulfit từ cây vân sam, theo tác giả Chidester đã côngbố độ bền kéo 0,8-0,9 point/pound/ream14(kích thướcram giấy 25x40, 500 tờ ) với bột từ bu lô, dương vàcotton ở hiệu suất 70-80%. Độ bền bục khoảng70-80% giá trị cho bột sulfit từ cây vân sam. Sự kháng lại độ chịu xé của bột bán hóa không tẩykhoảng 90-120% của bột từ cây vân sam phươngpháp sulfit, độ bền chịu gấp khoảng 10-50%. Nhữngloại bột bán hóa tẩy tắng độ bền cao hơn, và tẩy hoàntoàn có độ bền cao hơn. Phương pháp bột Độ chịu Độ chịu xé13 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
  72. 72. bụcBán hóa trung tính, tẩy 110 105trắngBán hóa trung tính, 80 85không tẩySulfat, 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 xuấttheo các phương pháp xử lý khác nhau Nói chung cả hai loại gỗ cứng tỷ trọng thấp, thànhphần lignin thấp ( cây dương) và gỗ cứng tỷ trọng cao,thành phần lignin ở mức trung bình (cây bulô) sản xuấtbột có độ bền cao, gỗ cứng tỷ trọng cao, thành phầnlignin cao (gỗ sồi) sản xuất bột có độ chịu bục thấp, độchịu xé cao và thành phần lignin cao. Hầu hết những loại sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ làgỗ dương, bulô, sồi, thích (Canada). Gỗ dương vàbullô sản xuất bột có màu đẹp và bền. Ở Nam Mỹthường sử dụng những loại cây gum, sồi, cây hạt dẻ. Xử lý bán hóa có thể áp dụng cho bột của sự phatrộn gỗ nhiệt đới, nhưng nhiều loại gỗ nhiệt đới thìkhông phù hợp cho bột bán hóa vì thành phần lignincao. 72
  73. 73. Giấy sản xuất từ bột gỗ cứng xử lý bán hóa có độbền ướt thấp, nhưng độ bền khô thì cao hơn. Độ bền rất thấp khi hiệu suất lớn hơn 80%, nhưnggia tăng khi hiệu suất khoảng 65%. Trong trường hợp bột thô cho sản xuất giấy gợnsóng, giấy bao gói thô, lớp mặt của giấy gợn sóng, bìacứng, bìa cách điện, và giấy để gia công giấy nhựađuờng để lợp nhà, hầu như là sự kết hợp của hiệusuất cao và độ bền thích hợp, hiệu suất bột từ70-80%. Bột để sản xuất những loại giấy cao cấp hơn(sách, giấy chất lượng cao dùng để in trái phiếu ngânhàng, giấy bóng mờ, giấy viết, giấy sáp, giấy vệ sinh)thì bột phải có hiệu suất thấp. Ví dụ: hiệu suất kiểu gỗcây dương dùng làm bột để in sách thì hiệu suấtkhoảng 70-74% đối với bột không tẩy, 62-64% đối vớibột tẩy. Hiệu suất bột thay đổi theo loại gỗ, gỗ sồi có sựtiêu hao khoảng 10% hiệu suất, nhỏ hơn khi so sánhvới bột gỗ từ cây dương khi tẩy trắng. Độ trắng của bột NSSC không tẩy cao khoảng40-50oC GE 15 . Bột này dễ tẩy hơn bột kraft từ gỗmềm.15 GE: General electric test instrucment (Mỹ). 73
  74. 74. Những loại bột thường sau khi nấu lignin còn lạikhoảng 10%. Tẩy nhiều giai đoạn bột bán hóa với clo -rin thường hiệu quả cao hơn sơ với những loại bộtkhác. Bột bán hóa đã sử dụng thành công để thay thếmột số lượng lớn bột hóa học từ gỗ thông trong phạmvi nhiều loại giấy. Số lượng lớn nhất là sử dụng làmgiấy bìa gợn sóng. Bôt có khuynh hướng cứng, nhưngthành phần lignin ở mức phù hợp làm giấy gợn sóng. Khi sử dụng 100% bột bán hóa để sản xuất giấycó độ bục cao, giấy có xu hướng cứng và phát ra tiếngkêu lách tách chính nhờ thành phần hemicellulosecao, nhưng độ chịu xé và độ chịu gấp thấp bởi vì dođặc tính háo nước nhanh của bột. Do đặc tính nghiền nhanh của bột, chỉ thích hợp tốtcho sử dụng làm giấy chống lại dầu mỡ và giấy in tráiphiếu ngân hàng. Chúng không sử dụng phù hợp cho làm giấy vệsinh mềm, giấy biểu đồ, giấy lau, giấy bóng mờ. Do đó nó được phối trộn với các bột khác, chophép sử dụng với tỷ lệ lớn của bột bán hóa để làn giấycho in sách mà không làm giảm đi đặc tính không thấuquang của tờ giấy. 74
  75. 75. 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 OLDPAPERS) 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
  76. 76. nghiền thủy lực, cho đến khi giấy thải loại đạt đếntrạng thái sơ sợi mịn. Nguyên liệu sợi sử dụng trực tiếp trong sản xuấtbìa sau khi nghiền bột giấy. Giấy thải loại làm bột được sản xuất trên một máyxeo tròn, thường có 7 lô, ở đó giấy được hình thànhđộ dày mong muốn. Có nhiều kiểu máy xeo tròn khác nhau. Hầu hếtnhững loại sản phẩm sản xuất dựa vào sự sử dụngnguyên 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 lớpngoài (lớp mặt) là bột kraft hoặc giấy kraft tái sinh vàlớp độn (lớp đế) được làm bằng giấy thải loại. Hệ thống lớp mặt có thể bao gồm nghiền hoặc máylàm bột ly tâm (thủy lực) cho bột kraft ở dạng tấm, mộtsố nghiền côn hoặc nghiền tốc độ cao để nghiềnnguyên liệu, và một số sang để làm sạch. Hệ thống lớp đế thì phức tạp hơn. Nó bắt đầu bằngvới một máy nghiền hoặc máy làm bột theo nguyên lýly tâm (thủy lực) đường kính khoảng 20 ft. 76
  77. 77. Những kiện giấy thải loại được nạp vào máynghiền thủy lực nhờ băng tải và bột có nồng độkhoảng 2,5%. Nguyên liệu hợp cách đi qua lỗ sàng của nghiềnthủy lực, kích thước lỗ sàng đường kính 3/8 in xuốngđáy 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 bẩncó kích thước nhỏ. Việc tách chất bẩn từ giấy thải loại là vấn đề khókhăn, điều may mắn là đã có những cải tiến trong côngnghệ sàn bột và đã thay thế những phương pháp táchmới 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 từ1-1,25% -(3): Sàng bột kiểu rung, với mặt sàng bằng nhữngtấm thép phẳng, lỗ sàng có đường kính 3/16 in. -(4): Sàng rung ly tâm -(5): Cô đặc bột đến nồng độ 3% 77
  78. 78. -(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 sànáp lực có khoan lỗ 0,078 -0,094 in. Sau khi sàng, nguyên liệu lớp đế được nghiềntrong nghiền côn hoặc nghiền đĩa tốc độ cao. Độ bục cao nhất và độ bền kéo và độ cứng, cuốicùng 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 từgiấy thải loại phù hợp cho làm giấy sách, điều này cầnphải tách mực từ giấy thải loại. Sự xử lý này gọi là khửmực. Các loại giấy sử dụng trong phương pháp khửmực.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, nhưngngày nay viện nghiên cứu giấy thải loại đã phân ra 43 78
  79. 79. loại, nhưng khi trao đổi thương mại thì có 65 loại khácnhau.•Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột khử mực: Chất lượng của bột khử mực phụ thuộc chủ yếuvào loại của giấy thải loại sử dụng trong kế hoạch khửmực, độ trắng, loại giấy, sự đồng đều của nguyên liệucho khử mực. Hầu hết nguyên liệu cho khử mực có tráng màng,lề giấy, giấy in hóa đơn, tạp chí, nguyên liệu hỗn hợpchất lượng thấp, các loại giấy C , giấy sáp, giấy nhiễmbẩn, giấy ru băng, giấy bền ướt. Giấy thải loại cho khử mực, có chứa nhiều nguyênliệu bột mài , sẽ khó khăn khi khử mực vì nó cho lạimàu vàng trong khi khử mực và không thể tẩy vớihypoclorit. Giấy bền uớt là giấy khó có khả năng khử mực dokhông tách sợi, nhiệt độ cao và pH thấp là yêu cầu choxử lý các loại giấy này. Các loại giấy bền ướt thỉnh thoảng có thể nhận rabởi cao su non, nếu xảy ra sự xù long trên bề mặt giấykhi thử với nước thì giấy đó không phải là giấy bềnướt. 79
  80. 80. Giấy sáp, giấy tráng nhựa, tráng màng chống lạisự thấm nước do đó không thể tách sợi. Vấn đề khó khăn cho xử lý khử mực là những giấynhư kiểu cao su, nhựa nhiệt rắn. Một số giấy có trángnhựa , như hộp sữa, nguyên liệu giấy được trángpolyvinyl acetate hoặc polyvinyl chlorite, các loại giấynày có thê thu hồi bột bằng hơi nước ở nhiệt độ140-150oC, với NaOH và chất hoạt động bề mặt, tiếptheo tẩy với NaClO, sàng và sàng ly tâm. Giấy sách tráng pigment chứa tinh bột như là chấtkết dính phù hợp cho khử mực. Nhưng những loại giấy có tráng casein không hòatan đóng vai trò chất kết dính, phải được nâng lênnhiệt 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 trìnhnấu, đi đến tạo màng. Dạng màng này đặc biệt sẽ làvấn đề khó khăn khi casein được nâng nhiệt độ trongsự có mặt của CaCO3, có mặt trong pigment tráng trêngiấy. Giấy tráng mũ cao su thì không là vấn đề khó khănnhiều.•HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG KHỬ MỰC 80
  81. 81. Hầu hết khử mực thì sử dụng với NaOH, nhưngcác chất tẩy bẩn và các tác nhân phân tán như xàphòng, dầu sulfonat, đất sét, Na2SiO3 và các tác chấthoạt 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 pigmentcủa mực in -(3): Tác chất tẩy bẩn sẽ giúp thấm ướt các hạtpigment trong mực in -(4): Tác nhân phân tán ngăn cản các hạt pigmentkeo tụ lại sau khi rời khỏi giấy. -(5): Tác chất hấp thụ liên kết pigment và ngăn cảntrở 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 táchpigment trong mực in. Kiểu và số lượng kiềm yêu cầu cho khử mực phụthuộc vào kiểu xử lý cơ học và nhiệt độ, thời gian nấu Na2CO3 sử dụng phổ biến hơn NaOH, nếu sử dụngNaOH số lượng sử dụng lớn nhất là 5%.CÁC CÔNG THỨC KHỬ MỰC GIẤY CŨ THU HỒI 81
  82. 82. 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,H2 O 2 : 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 Sách và tạp chí vàng Hóa chất 1,5-2% NaOH 3% NaOH Thiết bị Nghiền Thủy lực Nhiệt độ 140oF 185-190oF Thời gian Đánh tơi 1,5 giờ Nấu bột ¾ giờ Điều kiện tẩy 0,5-1% Clo hoạt 0,75% Clo hoạt động so với sợi, động 82
  83. 83. 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 bộtthô để làm giấy bia và các loại bột cao cấp khác cholàm giấy chất lượng cao. Bột thô từ rơm rạ sản xuấtcó hiệu suẩt 70% hoặc chất lượng cao khoảng35-45%.•Phương pháp bột từ rơm rạ: Rơm rạ được sản xuất ra bột bằng xử lý kết hợpgiữa hóa học và cơ học gọi là xử lý cơ hóa. Có các phương pháp khác nhau để xử lý hóa họcđể 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 cótính kiềm khác. -(4): Clorin -(5): NaOH thêm vào Na2SO3 (xủ lý sulfat) 83
  84. 84. •Bột rơm rạ thô xử lý với CaO hoặc NaOH CaO là hóa chất truyền thống cho xử lý nấu bộtrơm rạ thô ở Mỹ và Châu Âu, bột rơm rạ dùng cho sảnxuất giấy bìa, giấy bao gói chất lượng thấp, giấy gói,giấy gợn sóng. Khi sử dụng riêng CaO, từ 6-12% CaO so với tronglượng rơm rạ. Khi sử dụng kết hợp với tác chất kiềm khác CaO5-10%. Tỷ số dung dịch là 1:2 khi bắt đầu nấu, nhưngdung dịch phải hòa loãng với hơi nước trong suốt quátrình nấu lên đến 3 hoặc 4:1. Sau khi nguyên liệu nạp vào nối,nhiệt độ đượcnâng từ 120-140oC bằng hơi nước, thời gian nấu là6-12 giờ. Qúa trình nấu đạt đến điểm mềm của mấu mắcnguyên liệu. Hiệu suất 70-80%. Khi làm bột rơm thô cho giấy gợn sóng thì sửdụng 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 nghiềnhoặc nghiền tinh. 84
  85. 85. Thời gian nghiền không lâu khoảng 70 phút,nghiền lâu hơn sẽ có hại đến sợi, thành phần tro trongbột khoảng 15% Sau khi nghiền, bột thường được nghiền côn. Yêucầu nghiền hai giai đoạn, giai đoạn một cắt ngắn, giaiđoạn hai nghiền tinh.•Bột rơm rạ chất lượng cao xử lý với NaOH Bột chất lượng cao có thể làm từ rơm rạ khi sửdụng NaOH là tác chất nấu. 12% NaOH là số lượng nhỏ nhất của hóa chất yêucầu để cho ra sản phẩm có chất lượng mong muốn. Theo tác giả Aronovsky và các cộng sự, sản xuấtmột loại bột chất lượng cao từ rơm của lúa mì với thờigian nấu 2 giờ, nhiệt độ 170oC, NaOH 12-15% tỷ lệdịch 7:1. Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất và thànhphần hóa học của bột rơm lúa mì được trì bày trongbảng 1.10. Ảnh hưởng của số lượng NaOH trên đặc tính củabột từ rơm lúa mì, T=170oC, t= 2 giờ, tỷ lệ dịch: 7:1. Thành phần bột %NaOH 10.5 12.0 14.0 16.8Hiệu suất bột, % -Thô 53 51,9 49,8 45,1 85
  86. 86. -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 tínhcủa bột rơm lúa mì.−Từ bảng 1.10, sự gia tăng hoa chất NaOH từ10,5-16,8 giảm hiệu suất của bột thô, nhưng lại có ảnhhưởng ít trên công đoạn sàn bột. Sự gia tăng hóa chấtsẽ giảm mức tẩy, nhưng gia tăng độ bền của bột. Đặc tính của các loại bột từ các nguyên liệu rơmkhác nhau, số lượng NaOH sử dụng là 12%, thời giannấu là 2 giờ, P = 100 p.s.i, tyl lệ dịch là: 7:1 được trìnhbày trong bảng 1.11. Thành phần Loại rơm bột Lúa Lúa Lúa Ngũ Yến mì mạch cốc mạchHiệu suất bột,% 48,2 53,8 46,1 53,1 52,2 -Thô 35,7 34,5 29,4 33,6 39,1 -SàngTro, % 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
  87. 87. clo hóaBảng 1.10:Đặc tính của các loại bột từ các loại ngũ cốckhác 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. Bộtnày phù hợp cho làm giấy bóng mờ, bởi vì thành phầncủa hemicellulose cao do sự phân hủy ở mức trungbình.•Bột rơm rạ chất lượng cao xử lý với Na2SO3 Hiện nay, việc sản xuất bột đạt chất lượng ở mứcchấp nhận được là sử dụng rơm nấu bột trong dungdịch chỉ chứa Na2SO3 là thành phần chủ yếu của dịchnấu. Việc này ít ảnh hưởng chất lượng hơn so với bộtkiềm, hiệu suất cao hơn, độ bền của bột, đặc biệt là ítbị nát hơn. Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất Na2SO3 trênbột của rơm lúa mì được trình bày trong bảng 1.13. ựcó mặt của kiềm với Na2SO3 sẽ cải tiến độ bền, độtrắng. Những loại bột thô có chất lượng tốt có thể làmtừ rơm lúa mì, nấu chỉ với 10% Na2SO3, 4% Na2SO3bổ sung thêm 2% NaOH hoặc 2% Na2SO3 bổ sungthêm 4% Na2CO3. 87
  88. 88. Thành phần bột % Na2SO3 7,9 9,4 11,0 12,6 13,7Hiệu suất bột, % -Thô 57,8 56,1 57,2 55,6 57,4 -Sàng 49,9 50,2 51,5 49,2 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 Na2SO3trên 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 nhiệtđộ 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, nấuđến khi mấu mắc của nguyên liệu vỡ ra và có thể sànđược bột. Hiệu suất bột thô là 62%, bột sau sàng là 54%. Độ nghiền SR của bột chưa nghiền là 800-820. Kếtquả là bột rất háo nước do thành phần hemicellulosecao và có độ chịu bục cao so với bột sulfit gỗ cứng.Bột này có thể hỗn hợp với những loại bột gỗ hóakhác để sản xuất giấy viết, giấy in sách, giấy in rô nêô. 88
  89. 89. Ở Ý những loại bột cao cấp trong thương mạithường sử dụng 10% Na2SO3 và 5% NaOH, so vớitrọng lượng của rơm. Bột rơm này nấu 8 giờ, T=160oC, sau đó sàn và tẩy trắng. Hiệu suất bột cuốicùng 42%, bột thô hơn hiệu suất khoảng 55-65% dùngcho sản xuất giấy gợn sóng, giấy bìa, bằng phươngpháp sulfit trung tính.•Đặc tính của bột rơm Nói chung bột từ rơm không tẩy, có độ nghiềnthấp, dễ nghiền hơn và nghiêng nhanh hơn bột gỗ. Bột rơm thường khó sàn hơn so với bột gỗ, sợimỏn hơn bột gỗ. Bột hiệu suất sau khi sàn là 35-37%, độ bền sẽtương đương với bột sulfit từ gỗ mềm trong tất cả cácđặc 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 nhẵngvà tỷ trọng cao của giấy, năng lượng nghiền tiêu haoít. Bột hiệu suất cao, sản xuất giấy có sự hình thànhtờ giấy tốt, và đặc tính bề mặt rất tốt. Châu  và NamMỹ sử dụng bột này vào những sản phẩm giấy trắng 89
  90. 90. chất lượng cao như là: giấy in trái phiếu, giấy viết, giấyin hóa đơn, giấy in và giấy in nhiều lần. Giấy làm từ bột này có khuynh hướng bị xơ khi éplần đầu. Chúng thường được phối trộn với một thànhphần cao của bột gỗ nấu hóa, nhưng không lên đến tỷlệ 75% của bột này. Giấy từ bột này có thể sử dụng phối trộn cao trongnhững loại giấy giấy bóng mờ và giấy chống lại dầumỡ. Không thích hơp cho làm giấy giỏ, giấy bao góimà có đặc tính chịu xé cao. Bột rơm sử dụng trong in báo và sản phẩm có đặctính cao, có thể làm từ 50% bột rơm và 50% bột cơ. Bột rơm thích hợp cho giấy gợn sóng vì độ cứngcao, độ cứng cao là do thành phần hemicellulose caocua bột này và do điều kiện nấu bột. Trong một số loạigiấy gợn sóng, khoảng 10% bột kraft từ gỗ mềm đượcpha 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 gaiphế liệu cho làm giấy. Có 3 loại sợi gai chủ yếu cho sợi là gai (Cannabissativa), gai Manila (Mussa textiles), và gai (Agave). 90
  91. 91. Loại gai (Cannabis sativa) chứa sợi có chiều dài trungbình từ 20-22 mm và rộng 22 µm. Gai Mussa textiles sợi ngắn hơn, chiều dài sợikhoảng 6mm, rộng trung bình khoảng 8 µm, gaiAgave 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 giấycuốn thuốc lá, giấy in các loại kinh thánh và các loạigiấy mỏng khác.•Điều kiện nấu Điều kiện nấu là cần thiết để tách các chất sáp tựnhiên, chất bẩn và làm cho sợi mềm. Trước khi nấu sợi thô phải được cắt đến chiều dài2,5 in bằng máy cắt. Nấu thường trong nồi quay, xử lý kiềm hoặc hỗnhợp 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 tẩybằng hypoclorit.•Ưu nhược điểm của bột gai Bột từ cây gai nghiền sản xuất những laọi giấy độbền gấp cao. 91

×