Báo cáo tổng kết dự án thử nghiệm: Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và các tông bao gói

BỘ CÔNG THƯƠNG<br /> TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM<br /> VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ<br /> ************************<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> BÁO CÁO TỔNG KẾT<br /> DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM<br /> Tên dự án:<br /> <br /> NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM KEO NHỰA<br /> THÔNG BIẾN TÍNH DÙNG CHO GIA KEO GIẤY VÀ<br /> CÁC TÔNG BAO GÓI<br /> <br /> <br /> Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thương<br /> Cơ quan chủ trì : Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô<br /> Chủ nhiệm dự án : TS. Vũ Quốc Bảo<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7122<br /> 17/02/2009<br /> <br /> Hà nội - 2008<br />  Mục lục<br /> <br /> Trang<br /> <br /> <br /> Mở đầu 1<br /> <br /> PHẦN I:<br /> TỔNG QUAN VỀ NHỰA THÔNG<br /> VÀ KEO NHỰA THÔNG 4<br /> I.1. Thành phần và tính chất của colophon 5<br /> I.2. Công nghệ sản xuất keo nhựa thông truyền thống 6<br /> I.3. Công nghệ sản xuất keo nhựa thông biến tính 8<br /> I.4. Một số kết quả nghiên cứu về keo nhựa thông biến tính 8<br /> <br /> PHẦN II:<br /> KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN 15<br /> II.1. Thị trường keo nhựa thông 15<br /> II.2. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ 18<br /> II.3. Hoàn thiện và xây lắp dây chuyền thiết bị 28<br /> II.4. Sản xuất thực nghiệm 31<br /> II.5. Đánh giá sơ bộ dự án 36<br /> <br /> KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38<br /> Tài liệu tham khảo<br /> Phụ lục<br />  Mở đầu<br /> <br /> Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp giấy trong nước và thế giới<br /> đã có những bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm<br /> gia keo chống thấm cho giấy, đặc biệt là các loại giấy in, giấy viết như AKD (alkyl<br /> ketene dimers) và ASA (alkenyl succinic anhyđrie). Tuy nhiên, sản phẩm keo nhựa<br /> thông vẫn là lựa chọn ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất giấy và cactông bao<br /> gói.<br /> Có thể nói, ưu điểm của keo nhựa thông trong gia keo cho giấy và cactông là<br /> hiệu quả gia keo khá cao và tức thời (đối với keo AKD và ASA hiệu quả gia keo chỉ<br /> đạt sau thời gian bảo quản sản phẩm từ 10 ngày trở lên) nên sản phẩm có thể sử<br /> dụng hoặc gia công ngay lập tức, giảm tối thiểu thời gian lưu kho. Hơn thế nữa việc<br /> khống chế môi trường gia keo ở mức pH từ 4.5 đến 5.5 bằng phèn nhôm còn cho<br /> phép kết tụ các tạp chất có tính anion có trong nguyên liệu ban đầu, hạn chế sự bám<br /> dính của các hợp chất này lên lưới, trục ép, lô sấy…, nâng cao hiệu quả vận hành<br /> máy xeo, giảm hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải.<br /> Hiện nay sản phẩm keo nhựa thông được sử dụng cho gia keo các sản phẩm<br /> giấy và các tông ở các nhà máy trên thế giới chủ yếu là keo nhựa thông biến tính có<br /> hàm lượng chất khô từ 50 – 75% và keo nhựa thông phân tán với hàm lượng nhựa<br /> tự do khá cao.<br /> Ở trong nước, phần lớn các nhà máy sản xuất bao gói, các tông hòm hộp đều<br /> sử dụng keo nhựa thông, nhưng chủ yếu là keo nấu theo phương pháp truyền thống:<br /> nấu colophan với dung dịch NaOH hoặc Na2CO3 ở nhiệt độ 950C đến dưới 1000C<br /> trong 3 đến 5 giờ. Chất lượng gia keo thường thấp, mức dùng cao và không ổn định<br /> so với một số keo nhựa thông biến tính nhập khẩu.<br /> Sản phẩm keo nhựa thông biến tính cũng đã được sản xuất ở một số cơ sở<br /> trong nước. Tuy nhiên chất lượng của các sản phẩm keo biến tính này không cao,<br /> tính ổn định thấp, độ pH của dung dịch keo khá cao (từ 10 -12) nên trong quá trình<br /> sản xuất phải sử dụng một lượng tương đối lớn phèn nhôm (50 – 70kg/tấn giấy) để<br /> đưa pH của dung dịch bột về giá trị thích hợp (4.5 - 5.5). Chính vì vậy mà các dòng<br /> sản phẩm này tiêu thụ khá chậm và chưa chiếm được thị trường, đặc biệt là chưa thể<br /> thay thế keo nhựa thông nấu theo phương pháp truyền thống ngay tại các cơ sở sản<br /> xuất giấy.<br /> Để nghiên cứu khả năng điều chế nhựa thông biến tính có chất lượng, độ ổn<br /> định cao và đánh giá hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất ở quy mô thử nghiệm,<br /> tháng 11/2005, Phòng công nghệ Viện công nghiệp Giấy và Xenluylô được Viện<br /> giao cho thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất keo nhựa thông biến tính dùng cho<br /> gia keo giấy và cactông bao gói”. Nhóm đề tài đã nghiên cứu sử dụng một số tác<br /> nhân như: một số hợp chất của iốt và các dẫn xuất của anhyđrít malêíc, axít fumaric<br /> trong quá trình biến tính colophan và đã nghiên cứu các yếu tố công nghệ. Kết quả<br /> cho thấy quy trình sản xuất nhựa thông biến tính tốt nhất là xử lý colophan với dẫn<br /> xuất từ fumaric. Hơn thế nữa Viện cũng đã thiết kế, đặt chế tạo được dây chuyền<br /> pilốt thử nghiệm với công suất 200 kg/ngày và đã tiến hành sản xuất được trên 8 tấn<br /> sản phẩm đạt chất lượng cao. Sản phẩm của đề tài đã được thử nghiệm và tiêu thụ<br /> hết ở một số Công ty sản xuất giấy ở khu vực Hà nội, Bắc Ninh, Hoà Bình... Tuy<br /> nhiên dây chuyền pilốt khi đi vào sản xuất liên tục đã bộc lộ một số nhược điểm là:<br /> năng suất và hiệu suất còn thấp, chất lượng sản phẩm chưa thực sự ổn định (thời<br /> gian bảo quản thấp, keo có độ nhớt cao và có hiện tượng kết tinh), quá trình vận<br /> hành chủ yếu là thủ công, thiết bị chế tạo chưa đồng bộ đặc biệt là hệ thống gia<br /> nhiệt nồi nấu chưa phù hợp nên xẩy ra hiện tượng thủng vỏ gia nhiệt. Các nhược<br /> điểm đó đã ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế, giảm tính cạnh tranh của sản phẩm và<br /> không đáp ứng đủ số lượng sản phẩm cho khách hàng.<br /> Trước thực trạng đó, để sản xuất một thế hệ keo nhựa thông biến tính đạt<br /> chất lượng cao nhằm thay thế các loại keo mà các cơ sở đang tự sản xuất, cạnh<br /> tranh với các sản phẩm cùng loại để góp phần chủ động, ổn định sản xuất của các<br /> cơ sở sản xuất giấy và cactông bao gói. Mặt khác, sản phẩm sẽ là một trong những<br /> mặt hàng chủ lực của Viện CN Giấy và Xenluylô khi chuyển sang cơ chế tự trang<br /> trải kinh phí hoạt động. Với lý do trên, Viện đã đề xuất với Bộ Công nghiệp (nay là<br /> Bộ Công Thương) xin hỗ trợ tài chính để thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm<br /> “Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo<br /> giấy và các tông bao gói”.<br /> PHẦN I:<br /> <br /> TỔNG QUAN VỀ NHỰA THÔNG VÀ KEO NHỰA THÔNG<br /> <br /> Có thể nói, cây thông là một trong những đặc sản của rừng. Thông không chỉ<br /> cho chúng ta gỗ, mà quan trọng hơn là nhựa thông. Từ nhựa thông ta có thể sản xuất<br /> ra dầu thông và colophan. Dầu thông được dùng trong các ngành hoá chất: dược<br /> liệu, sơn, tổng hợp long não, dầu hoàng đàn…Colophan là nguyên liệu quan trọng<br /> cho công nghiệp giấy, chất dẻo, sơn, mực in và cao su…<br /> Đối với thông cho nhựa theo tính chất công nghiệp thì ở Việt Nam chủ yếu<br /> có 3 loài: Thông nhựa (thông 2 lá) – pinus merkusii Jungli et de Vriese; Thông đuôi<br /> ngựa – pinus massoniana Lamb; Thông 3 lá - pinus kesiya Royle. Về phân bố,<br /> thông nhựa tập trung nhiều ở vùng từ Quảng Ninh đến Đông Nam Bộ; thông đuôi<br /> ngựa rất thích hợp với điều kiện tự nhiên ở các tỉnh biên giới phía Bắc còn thông ba<br /> lá lại thích hợp với điều kiện lập địa ở Lâm Đồng và Nam Tây Nguyên.<br /> Khi khai thác, nhựa vừa chảy từ ống dẫn nhựa ra, tỷ lệ dầu thông trong nhựa<br /> có thể đạt tới 36 %. Sau khi tiếp xúc với không khí, dầu thông bay hơi rất nhanh,<br /> đồng thời nhựa đặc dần. Nhựa khi đưa tới nhà máy chế biến thường lẫn nhiều tạp<br /> chất như: vỏ cây, dăm gỗ, sâu bọ, bụi… Tỷ lệ trung bình của các chất trong nhựa<br /> thông:<br /> + Colophan: 74 – 77%<br /> + Dầu thông: 18 – 21%<br /> + Nước: 2 – 4%<br /> + Tạp chất: 0,5%<br /> Nhìn chung thành phần của nhựa thông phụ thuộc vào loài cây, điều kiện lập<br /> địa, vị trí khai thác nhựa và phương pháp trích nhựa.<br /> I.1. Thành phần và tính chất của Colophan<br /> <br /> I.1.1. Tính chất vật lí của colophan<br /> Colophan sản xuất từ nhựa thông là một chất rắn trong suốt, cứng, giòn, màu<br /> sắc từ vàng nhạt đến màu hồng do chất lượng nguyên liệu và điều kiện công nghệ<br /> chế biến.<br /> Colophan có thể hoà tan trong rất nhiều dung môi hữu cơ như: C2H5OH,<br /> CH3COCH3, CCl4, C6H6, CS2, dầu thông và các dung dịch bazơ nhưng không tan<br /> trong nước. Colophan có tỷ trọng 1,05 – 1,10g/cm3, nhiệt độ hoá mềm 60 -850C.<br /> Hoá lỏng ở 1200C, nhiệt dung riêng của colophan 2,25Kj/kg.0C. Nhiệt độ sôi 2500C<br /> ở áp suất 0,667 Kpa.<br /> Colophan dễ bị kết tinh, nhiệt độ nóng chảy của colophan kết tinh tương đối<br /> cao (110 – 1300C), khó xà phòng hoá, có xu thế kết tinh lại trong một số dung môi<br /> bình thường, nó bị giảm giá trị sử dụng trong công nghiệp giấy, sơn dầu... Colophan<br /> dễ bị oxy hoá trong không khí, đặc biệt ở nhiệt độ cao hoặc ở dạng bột. Colophan ở<br /> dạng bụi trộn với không khí rất dễ gây nổ, nhiệt độ tự cháy là 1300C, giới hạn nổ là<br /> 12,6g/m3.<br /> Chất lượng của colophan được quyết định bởi màu sắc, nhiệt hoá mềm, độ<br /> triết quang, độ quay cực, xu thế kết tinh, độ nhớt...<br /> <br /> I.1.2. Thành phần hoá học của colophan<br /> <br /> Colophan là một hỗn hợp phức tạp, nguồn gốc khác nhau thì thành phần<br /> cũng khác nhau, nhưng chủ yếu là axit nhựa ngoài ra còn có một tỷ lệ nhỏ axit béo<br /> và các chất trung tính.<br /> Colophan là dung dịch rắn của nhiều axit nhựa đồng phân có công thức<br /> chung là C20H30O2 hoặc C19H29COOH. Qua nghiên cứu, người ta đã xác định được<br /> kết cấu của 13 loại axit nhựa chủ yếu. Căn cứ vào kết cấu của axit nhựa, người ta<br /> chia chúng làm 3 loại chính. Axit nhựa kiểu axits abietic, nhóm axit nhựa pimaric,<br /> nhóm axit nhựa kiểu 2 vòng.<br />  Đối với nhóm axit nhựa kiểu axit abietic: Trong cấu tạo có nối đôi cộng hợp,<br /> kết cấu thay đổi khi chịu tác dụng của nhiệt và axit, bị oxy hoá trong không khí.<br /> Axit nhựa abietic khi thay đổi kết cấu do chịu tác dụng của nhiệt hoặc axit hình<br /> thành một hỗn hợp cân bằng chủ yếu là các axit abietic, các axit có nối đôi cộng<br /> hợp khi gia nhiệt đến 200oC, thành phần gồm có 81% là axit abietic, 14% axit<br /> palustric, 5% axit neoabietic. Ở nhiệt độ 250 – 2700C, axit nhựa kiểu abietic mất<br /> hydro tạo thành axit dehydroabietic. Khi cộng hydro, axit nhựa kiểu abietic tạo<br /> thành một số axit kiểu dyhydroabietic.<br /> Nhóm axit nhựa pimaric bao gồm: axit isopimaric, axit sandaracopimaric.<br /> Trong cấu tạo có hai nối đôi, nhưng không phải là nối đôi cộng hợp. Chúng tương<br /> đối ổn định với tác dụng của nhiệt và axit. Ở điều kiện ôn hoà, axit nhựa kiểu<br /> pimaric bị mất hydro.<br /> Nhóm axit nhựa kiểu 2 vòng gồm: axit kommunic, axit mercusic, hàm lượng<br /> của nhóm này trong colophan thường thấp. Các gốc axit trong cấu tạo của 2 loại<br /> axit này đều có thể tạo nên các phản ứng hoá học liên quan đến gốc axit.<br /> Colophan do nhiều axit nhựa tạo thành, tính chất hoá học của nó do khả năng<br /> tạo phản ứng của axit nhựa quyết định. Trong phân tử axit nhựa có 2 trung tâm phản<br /> ứng hoá học: nối đôi và gốc axit (-COOH). Do phản ứng của nối đôi và gốc axit làm<br /> cho colophan dễ thay đổi cấu tạo, nhạy cảm với tác dụng oxy hoá của không khí,<br /> tham gia các phản ứng cộng hợp, hydro hoá, polyme hoá, este hoá...Hầu hết các sản<br /> phẩm biến tính và dẫn suất của chúng được điều chế thông qua các phản ứng này.<br /> <br /> I.2. Công nghệ sản xuất keo nhựa thông truyền thống<br /> <br /> Quá trình nấu keo nhựa thông dựa trên cơ sở của phản ứng xà phòng hoá<br /> giữa các axit nhựa có trong colophan bằng xút hoặc natri cacbonat theo các phương<br /> trình [I.1] và [I.2].<br /> <br /> C19H29COOH + NaOH = C19H29COONa + H2O [I.1]<br /> 2C19H29COOH + Na2CO3 = 2C19H29COONa + H2O + CO2 [I.2]<br />  Thiết bị nấu nhựa thông thường có cấu tạo hai vỏ, gia nhiệt gián tiếp bằng<br /> hơi có trang bị cánh khuấy (đôi khi có những cơ sở nhỏ, thủ công quá trình nấu sử<br /> dụng hơi trực tiếp và hoá chất dùng là Na2CO3, quá trình khuấy trộn tận dụng khí<br /> CO2 sinh ra). Các bước tiến hành thường theo thứ tự: nước – kiềm – colophan. Tỷ lệ<br /> nhựa/nước thường là 1/3. Dung dịch xút được chuẩn bị ở một bể riêng biệt và được<br /> bơm định lượng vào bể phản ứng, bổ sung nước để đạt tỷ dịch 1/3, khuấy đều và<br /> tiến hành gia nhiệt. Colophan ở dạng cục được đập nhỏ và được cấp dần vào bể<br /> phản ứng. Quá trình nấu keo nhựa thông thường kéo dài từ 2,5 đến 3 giờ ở nhiệt độ<br /> 980C.<br /> Lượng kiềm dùng trong quá trình nấu keo nhựa thông được xác định theo<br /> công thức [I.3]:<br /> K = X. D2.(100-C)/(D1.P) (%) [I.3]<br /> Trong đó:<br /> + K là mức dùng kiềm, tính theo % so với khối lượng colophan<br /> + X là trị số xà phòng hoá, tính theo % kiềm<br /> + D2 là khối lượng đương lượng kiềm sử dụng trong quá trình nấu keo<br /> + D1 là khối lượng đương lượng kiềm sử dụng trong quá trình xác định trị số<br /> xà phòng hoá.<br /> + C là hàm lượng nhựa tự do có trong keo sản phẩm, %<br /> Kết thúc quá trình nấu, nhựa thông được sữa hoá bằng nước nóng (60-800C)<br /> về nồng độ 100g/l. Trước khi phối trộn vào bột giấy, nhựa được pha loãng tiếp tới<br /> nồng độ 20-25g/l (quá trình sữa hoá và pha loãng cần khuấy mạnh) bằng nước<br /> thường.<br /> Tuỳ thuộc vào hàm lượng nhựa tự do còn lại, có thể chia keo nhựa thông làm<br /> hai loại: keo nhựa thông không chứa nhựa tự do và keo nhựa thông có chứa một tỷ<br /> lệ nhựa tự do nhất định (keo trắng). Đối với keo không chứa nhựa tự do thường sử<br /> dụng trong quá trình sản xuất giấy và cáctông bao gói từ OCC và bột giấy không<br /> tẩy. Keo trắng thường sử dụng cho quá trình sản xuất giấy in và giấy viết.<br /> I.3. Công nghệ sản xuất keo nhựa thông biến tính<br /> <br /> Mục đích của qúa trình biến tính colophan là giảm xu hướng kết tinh và nâng<br /> cao mức độ hoạt tính của sản phẩm keo. Các phương pháp biến tính nhìn chung đều<br /> dựa vào đặc điểm cấu tạo hoá học của các axit nhựa có trong colophan, đặc biệt là<br /> liên kết đôi liên hợp . Từ cấu tạo của các axit trong colophan cho thấy chỉ có một số<br /> đồng phân abietic là có liên kết đôi liên hợp, do vậy quá trình biến tính chủ yếu diễn<br /> ra với các đồng phân này.<br /> <br /> Quá trình biến tính dựa trên cơ sở của phản ứng oxy hoá với các tác nhân<br /> như: Iôt, LiI, FeI2 hoặc axit phốtphoric... ở điều kiện nhiệt độ từ 220 – 2250C trong<br /> 2 -3 giờ [4,5,6]. Một phương pháp khác là tiến hành phản ứng cộng vòng Diels-<br /> Alder với tác nhân là các dẫn suất của axit furmalic hoặc anhydrite maleic. Các<br /> nghiên cứu đã cho thấy quá trình biến tính colophan theo phản ứng cộng vòng<br /> Diels-Alder thuận lợi hơn phản ứng oxy hoá do các tác nhân Iôt, LiI, FeI2 thường<br /> rất đắt và khó khống chế phản ứng:<br /> <br /> Sản phẩm của phản ứng cộng vòng Diels-Alder được bổ sung thêm 2 nhóm<br /> cacboxyl và tính axit của chúng mạnh hơn so với nhóm cacboxyl ban đầu. Điều này<br /> có nghĩa là đặc tính âm điện tăng lên làm cho khả năng phân tán keo tốt hơn, kích<br /> thước hạt keo trong dung dịch nhỏ hơn, phản ứng của keo với phèn nhôm tạo<br /> resinat nhôm tăng lên nên hiệu quả gia keo tốt hơn.<br /> <br /> I.4. Một số kết quả nghiên cứu về keo nhựa thông biến tính của Viện CN Giấy–<br /> Xenluylô<br /> I.4.1. Về công nghệ<br /> <br /> Nhìn chung chưa có một nghiên cứu nào cụ thể, hoàn chỉnh về công nghệ<br /> đối với dòng sản phẩm này, một số cơ sở như: Công ty TNHN sản xuất Hóa chất và<br /> TMDV Gia định, Công ty TNHH Đại Thịnh …cũng chỉ nhận chuyển giao từ các<br /> chuyên gia nước ngoài hoặc tự làm nên chất lượng chưa cao, sản lượng còn hạn chế<br /> và chưa thay thế được sản phẩm keo nhựa thông truyền thống.<br />  Viện CN Giấy và Xenluylô, năm 2005 – nơi đầu tiên đã thực hiện nghiên<br /> cứu công nghệ sản xuất loại keo nhựa thông biến tính này.Nhóm nghiên cứu đã thực<br /> hiện các bước nghiên cứu cơ bản: công nghệ biến tính colophan, công nghệ xút hóa<br /> colophan, xây dựng mô hình công nghệ - thiết bị...<br /> <br /> Về công nghệ biến tính, nhóm nghiên cứu đã khảo sát một loạt các hóa chất<br /> dùng cho biến tính colophan như các hợp chất iot (LiI, FeI2) và biến tính dựa trên<br /> phản ứng Diels – Alder. Kết quả cho thấy đối với sản phẩm khi biến tính bằng các<br /> hợp chất iôt có thể bảo quản ở dạng nhựa dẻo có hàm lượng chất khô 75%.Chất<br /> lượng nhựa thông biến tính hay ở dạng dung dịch sữa hóa rất ổn định do hạn chế<br /> được hiện tượng kết tinh của axit abiêtic, keo có khả năng hòa tan tốt ở nhiệt độ<br /> thường. Mặc dù vậy, các hợp chất từ iot rất đắt, độ ổn định thấp và hiệu quả gia keo<br /> của sản phẩm này chỉ tương đương với keo nhựa thông nấu theo phương pháp<br /> truyền thống (mức dùng 0,75% keo, độ hút nước Cobb60 của mẫu giấy bao gói đạt<br /> 27 – 28g/m2).<br /> <br /> Đối với quá trình biến tính dựa trên phản ứng Diels – Alder, kết quả cho rất<br /> khả quan.Nhóm nghiên cứu đã khảo sát một loạt các yếu tố công nghệ và đã lựa<br /> chọn được các điều kiện hợp lý cho quá trình biến tính: mức dùng tác nhân biến tính<br /> nhựa thông: 8% so với colophan, thời gian biến tính 2,5 giờ, nhiệt độ 1900C và độ<br /> hút nước của mẫu giấy bao gói đạt 17g/m2 và tốt hơn rất nhiều so với keo nhựa<br /> thông tryền thống (cùng mức dùng keo 0,75% KTĐ) nên đã được lựa chọn cho sản<br /> xuất thử nghiệm.<br /> <br /> Keo nhựa thông biến tính sau nấu có độ khô đạt 70 -75%, có màu cánh dán,<br /> độ nhớt vừa phải, tan tốt trong nước ấm, dễ sử dụng.<br /> <br /> I.4.2. Về thiết bị<br /> Sau khi nghiên cứu, ổn định công nghệ trong phòng thí nghiệm, nhóm đề tài<br /> đã thiết kế, đặt chế tạo, xây lắp 1 hệ thống pilot sản xuất keo nhựa thông biến tính<br /> công suất 200kg/ngày tại gian nhà kho cũ tại xưởng thực nghiệm của Viện. Sơ đồ<br /> dây chuyền được đưa ra trong hình 1.1.<br /> Quá trình vận hành:<br /> <br /> Nhựa thông được đập nhỏ được nạp vào nồi A, lò gia nhiệt 3 được đốt bằng<br /> than. Để khống chế nhiệt và hạn chế tác hại của nhiệt độ cao tới nồi nấu chảy và<br /> biến tính colophan, nồi được gia nhiệt ban đầu bằng dung dịch dầu gia nhiệt. Tuy<br /> nhiên do dầu không được tuần hoàn và tiếp xúc với nhiệt cao nên dầu bị nhiệt phân<br /> tạo thành các phân tử nhỏ bốc hơi lên phía trên tới giới hạn và tự bốc cháy sau vài<br /> mẻ nấu, do vậy vật liệu chuyền nhiệt sau đó được thay bằng cát thạch anh. Thời<br /> gian gia nhiệt cho khối vật liệu này rất lâu (khoảng 6 tiếng). Khối vật liệu này sau<br /> khi được gia nhiệt sẽ truyền nhiệt qua thành nồi làm nóng chảy colophan chứa trong<br /> nồi. Sau khi colophan nóng chảy hết, tiến hành khuấy trộn và nâng nhiệt độ (bằng<br /> cách cấp gió vào lò) khối colophan lên 1900C. Khi đạt nhiệt tiến hành bổ sung dần<br /> tác nhân biến tính nhựa thông, thời gian bổ sung là 15 phút (tránh hiện tượng trào<br /> khỏi miệng nồi). Thời gian biến tính là 2,5giờ tính từ khi bổ sung hết phụ gia biến<br /> tính.<br /> 1<br /> <br /> <br /> <br /> A 2<br /> <br /> <br /> 5 8<br /> <br /> 4<br /> B<br /> 3<br /> Quạt gió Cửa lò<br /> <br /> <br /> <br /> Cửa lấy xỉ<br /> 7 6<br /> <br /> Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống nấu keo<br /> nhựa thông biến tính 200kg/ngày.<br /> A- Nồi biến tính colophan; B -Nồi xút hoá nhựa thông<br /> 1,5-Máy khuấy; 2-Vỏ nồi chứa vật liệu truyền nhiệt; 3-Lò đốt than; 4-Van cấp<br /> hơi; 6 –Van tháo sản phẩm;7-Van xả nước ngưng; 8-Van cấp nước sạch.<br />  Trong khoảng thời gian chờ nóng chảy nhựa thông và biến tính colophan, mở<br /> van 8 lấy lượng nước sạch nhất định theo tính toán vào nồi xút hoá B, đảm bảo<br /> nồng độ keo sản phẩm đạt 75%. Bật khuấy 5, bổ sung từ từ NaOH (dạng vẩy) vào<br /> hoà tan đồng thời mở van hơi 4, cấp nhiệt và gia nhiệt dung dịch NaOH lên 900C.<br /> Kết thúc thời gian biến tính, mở van 6 tháo từ từ nhựa thông đã được biến<br /> tính vào nồi xà phòng hoá, quá trình này cần khuấy tốc độ cao đảm bảo sự phân tán<br /> và phản ứng xà phòng hoá diễn ra triệt để. Khi đã tháo hết nhựa, bắt đầu tính thời<br /> gian xà phòng hoá. Thời gian là 1,5 giờ. Kết thúc thời gian xà phòng hóa, tháo sản<br /> phẩm vào thùng, để nguội trước khi xuất xưởng.<br /> <br /> Tuy hệ thống thiết bị còn thô sơ, điều kiện sản xuất còn hạn chế nhưng từ<br /> tháng 2 năm 2006 đến giữa tháng 6 năm 2006, nhóm đề đã tổ chứa sản xuất được 4<br /> đợt với sản lượng 8.170 kg keo thương phẩm. Kết quả phân tích và thử nghiệm cho<br /> thấy hiệu quả gia keo của sản phẩm thấp hơn khi tiến hành điều chế trong phòng thí<br /> nghiệm: cùng với mức dùng 0,75% độ hút nước cobb60 của giấy không đều giữa các<br /> mẻ, dao động trong khoảng 18 – 21g/m2. Mặc dù vậy chất lượng keo vẫn cao hơn<br /> nhiều so với sản phẩm keo truyền thống.<br /> <br /> Sản phẩm keo nhựa thông sản xuất ra đã được bán hết cho một số khách<br /> hàng như: Công ty Cổ phần Giấy Tây đô (Hà nội), Công ty Cổ phần giấyViệt Nhật<br /> (Bắc Ninh), Công ty TNHH giấy Bình Minh (Bắc Ninh), Công ty cổ phần Giấy Lửa<br /> Việt…Nhìn chung sản phẩm của đề tài đã được các công ty chấp nhận về mặt chất<br /> lượng, giá cả hợp lý và sẵn sàng đặt mua lâu dài.<br /> <br /> I.4.3. Một số vấn đề còn tồn tại về công nghệ và thiết bị sản xuất<br /> 1. Về mặt công nghệ:<br /> Từ thực tế sản xuất cho thấy độ nhớt của sản phẩm còn khá cao (ở dạng dẻo)<br /> nên gây khó khăn cho quá trình thao tác đóng gói sản phẩm và quá trình sử dụng ở<br /> nhà máy.<br /> Keo để trên 30 ngày đã có hiện tượng kết tinh ở phía trên mặt thùng chứa.<br /> Do vậy để sản phẩm keo này có chỗ đứng trên thị trường thì nhất thiết cần phải:<br />  + Nghiên cứu, xử lý làm giảm độ nhớt của keo nhựa thông biến tính<br /> + Nghiên cứu nhằm nâng cao tính ổn định, ức chế quá trình kết tinh của sản<br /> phẩm, kéo dài thời gian bảo quản của keo.<br /> 2. Về thiết bị sản xuất:<br /> + Do gia nhiệt trực tiếp bằng lò than nên rất không an toàn về phòng chống<br /> hoả hoạn (đã từng xẩy ra bắt lửa cháy dầu ra nhiệt)<br /> + Quá trình nâng nhiệt cho cát thạch anh và khả năng truyền nhiệt cũng rất<br /> kém, thời gian nấu chảy và biến tính nhựa thong kéo dài (nóng chảy hết 50kg<br /> colophan mất 5 tiếng)<br /> + Vỏ chứa vật liệu gia nhiệt rất nhanh bị thủng đáy<br /> + Nhiệt độ biến tính không ổn định, khó khống chế (chủ yếu bằng cách cấp<br /> gió vào lò và lượng than trong lò)<br /> + Thiếu các thiết bị chuẩn bị hóa chất, phụ gia<br /> + Năng suất thấp: 200kg/ngày.<br /> + Điều kiện làm việc của công nhân độc hại do khói lò và hơi xút bốc ra<br /> (không có hệ thống quạt hút và độ cao cần thiết của ống khói), mọi công việc đều<br /> làm thủ công.<br /> Muốn khắc phục các hạn chế trên cần thiết phải có những nghiên cứu thêm<br /> và hoàn thiện công nghệ, thiết bị nhằm đáp ứng được chất lượng sản phẩm cũng<br /> như số lượng sản phẩm, tính ổn định và liên tục cho các cơ sở sản xuất giấy và các<br /> tông bao gói.<br /> Để hoàn thiện công nghệ - thiết bị, Viện CN Giấy –Xenluylô đã xây dựng và<br /> trình Bộ Công nghiệp xin thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến<br /> tính công suất 200 tấn/năm.<br /> <br /> I.4.4. Nội dung của dự án sản xuất thử nghiêm.<br /> Sau khi hội đồng thẩm định của Bộ Công nghiệp xem xét và đánh giá dự án<br /> có tính khả thi cao, Bộ Công nghiệp đã ký hợp đồng số 02.07.SXTN/HĐ-KHCN,<br /> ngày 16 tháng 01 năm 2007 với Viện CN Giấy và Xenluylô, giao cho Viện thực<br /> hiện dự án sản xuất thử nghiệm “Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa<br /> thông biến tính dùng cho gia keo giấy và cactông bao gói”, thời gian thực hiện là<br /> 2 năm (2007 - 2008).<br /> * Mục tiêu của dự án:<br /> 1. Mục tiêu trước mắt: Hoàn thiện công nghệ, hoàn thiện dây chuyền sản<br /> xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính công suất 200 tấn/năm với đầy đủ trang<br /> thiết bị phụ trợ.<br /> 2. Mục tiêu lâu dài: Tạo ra các thế hệ sản phẩm keo nhựa thông biến tính<br /> mang tính chất thương mại đáp ứng được yêu cầu của thị trường. Sản phẩm mang<br /> thương hiệu của Viện và là một trong các sản phẩm chủ đạo của Viện khi chuyển<br /> sang cơ chế tự trang trải kinh phí hoạt động.<br /> * Nội dung chính của dự án bao gồm<br /> 1. Nghiên cứu thị trường:<br /> + Khảo sát nhu cầu dùng keo chống thấm của các cơ sở sản xuất giấy và<br /> cáctông bao gói.<br /> + Tìm hiểu một số loại keo cùng loại trên thị trường…<br /> + Khả năng cung cấp nguyên, nhiên vật liệu cho quá trình sản xuất<br /> <br /> 2. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ:<br /> + Nâng cao tính ổn định của keo nhựa thông biến tính trong quá trình bảo<br /> quản.<br /> + Giảm bớt độ nhớt của sản phẩm keo nhựa thông biến tính<br /> 3. Hoàn thiện dây chuyền sản xuất thử nghiệm công suất 200tấn/năm:<br /> + Xây dựng và sửa chữa 360m2 nhà xưởng.<br /> + Thiết kế chế tạo thiết bị nấu chảy, thiết bị phản ứng biến tính colophan với<br /> khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ.<br /> + Thiết kế các bể sữa hoá, bể chứa sản phẩm<br /> + Hệ thống phân tán áp lực<br /> + Hệ thống nồi hơi<br /> + Trang bị các thiết bị phụ trợ: cân, thiết bị nâng hạ, đóng gói…<br /> + Sản xuất thử trên dây chuyền mới 150 tấn keo thành phẩm<br /> 4. Đào tạo<br /> - Đào tạo một đội ngũ cán bộ khoa học công nghệ (KHCN), công nhân hoàn<br /> toàn làm chủ được công nghệ và thiết bị của dự án:<br /> + Cán bộ KHCN: 04<br /> + Công nhân: 06<br /> PHẦN II:<br /> KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN<br /> <br /> II.1. THỊ TRƯỜNG KEO NHỰA THÔNG.<br /> <br /> Theo số liệu khảo sát cho thấy, tổng công suất các dây chuyền sản xuất giấy<br /> cáctông bao bì công nghiệp ở nước ta tại thời điểm cuối năm 2006 chiếm 47% tổng<br /> công suất giấy toàn ngành, đạt 549.300 tấn/năm [15]. Các sản phẩm chủ yếu gồm<br /> giấy duplex các loại (chủ yếu là duplex mặt vàng dùng cho lớp phẳng ngoài của<br /> cáctông sóng) 188.650 tấn/năm, cáctông sóng là 208.150 tấn/năm, giấy bao gói,<br /> kraft khoảng 152.500 tấn/năm. Tuy nhiên công suất giấy và cáctông bao bì công<br /> nghiệp lại chủ yếu tập trung tại khoảng 20 công ty có công suất từ 5.000 tấn/năm<br /> trở lên (chiếm tỷ lệ 80%).<br /> <br /> Tại hầu hết các doanh nghiệp chuyên sản xuất giấy và cáctông bao bì công<br /> nghiệp, nguyên liệu dùng cho sản xuất chủ yếu là OCC, bột kraft nhập ngoại và gia<br /> keo chống thấm cho giấy là keo nhựa thông như: Công ty TNHH Giấy An Bình<br /> 40.000 tấn/năm; Công ty TNHH giấy và giấy bao gói Phú Thọ 5.500 tấn/năm; Công<br /> ty TNHH Vạn Phát 38.500 tấn/năm; Công ty Giấy Xuân Đức 7.600 tấn/năm; Công<br /> ty Giấy Vĩnh Huê 8.000 tấn/năm; Công ty cổ phần Giấy Sông Lam 7.400 tấn/năm;<br /> Công ty TNHH giấy Bình Minh 10.000 tấn/năm; Công ty TNHH Tân Thành Đồng<br /> 8.000 tấn/năm; Công ty cổ phần Giấy Lam Sơn 7.000 tấn/năm; Công ty giấy bao bì<br /> Phú Giang 7.000 tấn/năm; Công ty cổ phần giấy Mục Sơn 15.000 tấn/năm; Công ty<br /> cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ 15.000 tấn/năm; Công ty Giấy Lửa Việt 5.000<br /> tấn/năm và một loạt các cơ sở sản xuất nhỏ ở Bắc Ninh, thành phố Hồ Chí Minh sản<br /> xuất giấy bao bì công nghiệp đều sử dụng keo nhựa thông chống thấm cho giấy.<br /> <br /> Với tổng sản lượng giấy bao bì, cáctông bao gói trên nửa triệu tấn, hàng năm<br /> các cơ sở tiêu thụ khoảng 5.000 tấn keo nhựa thông và hầu hết các sản phẩm<br /> cáctông bao gói đều được gia keo bằng keo nhựa thông tự sản xuất theo phương<br /> pháp nấu thủ công, lạc hậu. Chất lượng keo nhìn chung không ổn định, chất lượng<br /> thấp, tiêu hao lớn và đặc biệt tính chủ động trong sản xuất thấp.<br /> <br /> Trong vài năm trở lại đây cũng đã xuất hiện một vài sản phẩm keo nhựa<br /> thông biến tính trên thị trường như: sản phẩm nhựa thông cường tính AM 70, nhựa<br /> thông phân tán AM 40 của công ty TNHH Đại Thịnh (công suất 1.000 tấn/năm),<br /> sản phẩm keo nhựa thông tăng cường FROSIN GD-70, keo NUESIZE GD -35 của<br /> Công ty TNHH SX Hóa Chất TMDV Gia Định. Mặc dù xuất hiện trên thị trường<br /> khá sớm, song tính tới thời điểm này các dòng sản phẩm này vẫn chưa thuyết phục,<br /> hấp dẫn được các nhà sản xuất giấy, cáctông bao gói. Sản phẩm tiêu thụ rất chậm<br /> rất ít các cơ sở sử dụng, nguyên nhân chủ yếu là hiệu quả gia keo không vượt trội so<br /> với keo truyền thống tự nấu, độ pH của keo còn cao, độ ổn định chưa cao và đặc<br /> biệt độ nhớt còn khá cao.<br /> <br /> Bên cạnh các sản phẩm trong nước còn xuất hiện một số sản phẩm nhập<br /> khẩu như: sản phẩm EKA CR M1718 của tập đoàn EKa – Thụy Điển do công ty<br /> TNHH Thuận Phát Hưng nhập khẩu và phân phối; Keo nhựa thông phân tán của<br /> hãng Hercules – Đài loan do công ty TNHH Tân Phú Cường nhập khẩu và phân<br /> phối, và một số các sản phẩm khác có nguồn gốc từ Trung Quốc. Một số khảo sát<br /> và thực nghiệm cho thấy các sản phẩm này thích hợp cho sản xuất giấy trắng hơn so<br /> với giấy bao bì sử dụng OCC và bột chưa tẩy [16]<br /> <br /> Với thực tế trên, sản phẩm keo nhựa thông của Viện CN Giấy và Xenluylô<br /> với công suất 200 tấn/năm hoàn toàn có khả năng thâm nhập, chiếm lĩnh thị trường<br /> và phát triển nếu chất lượng sản phẩm tốt, ổn định, đủ số lượng, hiệu quả gia keo<br /> tốt, giá cả cạnh tranh, công tác maketing và hỗ trợ bán hàng tốt.<br /> <br /> Với sản phẩm keo nhựa thông biến tính nguyên liệu chủ yếu là colophan loại<br /> tốt, xút (NaOH) công nghiệp và một lượng nhỏ các hóa chất phụ gia. Nhìn chung<br /> hầu hết các nguyên liệu đầu vào trong nước đều đáp ứng được. Thật vậy, nước ta có<br /> điều kiện tự nhiên thuận lợi về trồng và khai thác nhựa thông. Theo số liệu của Bộ<br /> NN&PTNT, năm 2005 tổng diện tích rừng thông toàn quốc khoảng 194.721 ha với:<br /> Vùng Đông Bắc khoảng 77.015 ha; Vùng Tây Bắc khoảng 3.857 ha; Đồng bằng<br /> Bắc Bộ khoảng 3.066 ha; Vùng Duyên hải Trung Bộ 72.329 ha; Vùng Tây Nguyên<br /> khoảng 10.784 ha; Đông Nam Bộ khoảng 10.784 ha, trong đó diện tích trồng thông<br /> nhựa là 90.000 ha. Theo kết quả khảo sát và đánh giá của ngành lâm nghiệp, thì với<br /> diện tích 90.000 ha có thể đạt sản lượng 540.000 tấn nhựa trong điều kiện 100%<br /> diện tích thông nhựa đến tuổi khai thác.Tuy nhiên, sản lượng khai thác nước ta mới<br /> chỉ đạt 5% với giả thiết trên. Theo các chuyên gia kinh tế dự báo nếu phối hợp đồng<br /> bộ giữa các ngành liên quan với chính quyền địa phương trong việc quy hoạch,<br /> quản lý, trồng và khai thác nhựa thì những năm tới sản lượng khai thác nhựa có thể<br /> đạt trên 40.000 tấn/năm [nguồn VOV].<br /> <br /> Hiện tại hàng năm, các cơ sở chế biến nhựa thông trong nước nới chỉ đáp<br /> ứng được khoảng 15.000 tấn/năm chủ yếu tập trung ở Quảng Ninh, Quảng Bình,<br /> Lạng Sơn, Hà Tĩnh…tiêu biểu như các công ty: Xí nghiệp chế biến nhựa thông<br /> thuộc Công ty Lâm công nghiệp Long Địa – Quảng Bình; Công ty Cổ phần Trường<br /> Thịnh, Nghệ An (công suất 2.500 tấn colophan/năm); Công ty cổ phần Thông<br /> Quảng Ninh (dây chuyền mới 5.000 tấn/năm). Sản phẩm của các công ty này đủ<br /> tiêu chuẩn xuất khẩu sang các nước: Nhật bản, Hàn Quốc, Trung Quốc …<br /> <br /> Phần nhựa dư còn lại chủ yếu được các lâm trường, người dân sơ chế biến<br /> thủ công và bán sản phẩm thô cho các lái thương xuất khẩu sang Trung Quốc.<br /> <br /> Với các số liệu trên cho thấy, hiện tại và trong tương lai nguồn nhựa thông<br /> cung cấp là rất sẵn và ổn định. Hiện tại colophan dùng cho sản xuất nhựa thông của<br /> dự án đều được mua của Công ty cổ phần Thông Quảng Ninh với chất lượng, số<br /> lượng luôn đảm bảo và ổn định.<br /> <br /> Các nguyên liệu khác như: xút (NaOH), các phụ gia khác đều có thể mua tìm<br /> mua dễ dàng trên thị trường trong nước với xuất xứ của Việt Nam hoặc Trung<br /> Quốc.<br /> II.2. HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Mục tiêu: tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ nhằm giảm độ nhớt và<br /> hạn chế sự kết tinh của keo, kéo dài thời gian bảo quản và tính ổn định của sản<br /> phẩm<br /> <br /> II.2.1. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu<br /> * Nguyên liệu và hoá chất:<br /> + Colophan được mua trực tiếp tại nhà máy chế biến nhựa thông Quảng<br /> Ninh. Colophan có màu vàng sáng, tỷ trọng 1,08g/cm3, trị số axit 176 (lượng K2O<br /> tính theo mg cần thiết để trung hoà 1g colophan hoà tan trong etanol ở nhiệt độ<br /> thường).<br /> + Hóa chất dùng cho nghiên cứu: Trung Quốc<br /> + Nguyên liệu OCC nội (thu gom trong nước) được lấy từ nhà máy giấy Tây<br /> đô - Đại mỗ – Từ Liêm.<br /> *Thiết bị nghiên cứu<br /> - Máy đo pH, Hanal (Thuỷ Sỹ)<br /> - Cân phân tích (0,0001g), (EU)<br /> - Máy khuấy từ, (EU)<br /> - Tủ sấy, Heraeus (Đức)<br /> - Nồi nấu nhựa inox 1000ml<br /> - Máy khuấy trục đứng (Nhật)<br /> - Máy xeo Rapid thí nghiệm, PTI - Áo<br /> - Máy nghiền thí nghiệm Hà Lan 4,5l (Pháp)<br /> - Máy đo độ nghiền, PTI - Áo<br /> - Thiết bị đo độ Cobb60, (Nga)<br /> - Máy đo độ nhớt, (Đức)<br /> - Hệ thống sinh hàn, bếp điện<br /> - Lưới 325mesh đã biết trước khối lượng<br /> * Phương pháp nghiên cứu<br /> 1. Quá trình biến tính colophan<br /> Quá trình biến tính colophan được thực hiện trong bình phản ứng bằng inox<br /> dung tích 1000 l, có trang bị khuấy và gia nhiệt bằng bếp điện.<br /> Cân 200g Colophan chính xác tới 0,1g, đập nhỏ cho vào bình phản ứng, gia<br /> nhiệt cho tới khi nóng chảy hết, tiếp tục gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng theo từng<br /> quy trình. Bổ sung một lượng nhất định tác nhân biến tính vào dung dịch colophan.<br /> Gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng và bảo ôn ở nhiệt độ này theo quy trình đã chọn.<br /> Trong quá trình phản ứng tiến hành khuấy trộn, chú ý tránh trào bọt.<br /> Kết thúc thời gian biến tính, colophan được xà phòng hoá với dung dịch xút<br /> đặc ngay trong bình phản ứng. Quá trình xà phòng hoá phải khuấy trộn mạnh. Kết<br /> thúc thời gian xà phòng hoá, mẫu keo được làm nguội, để ổn định 24giờ trước khi<br /> đem xác định các tính chất hoá lý, khả năng gia keo cho giấy<br /> 2. Xác định độ nhớt của dung dịch keo.<br /> Mẫu nhựa thông sau khi được nấu theo các quy trình khác nhau được đem<br /> xác định độ nhớt. Quá trình được xác định độ nhớt được tiến hành theo phương<br /> pháp thử TCVN 2092-1993 (độ nhớt BZ4, đơn vị tính là giây (s)).<br /> 3. Phương pháp xác định độ kết tinh<br /> Độ kết tinh được tính là lượng chất rắn còn lại trên lưới 325mesh (đường<br /> kính lỗ lưới 45µm) của dung dịch keo sau khi xử lý và lọc ở các điều kiện tiêu<br /> chuẩn và được tính theo đơn vị ppm (phần triệu) so với lượng keo khô tuyệt đối ban<br /> đầu.<br /> Quy trình tiến hành được mô tả như sau:<br /> + Lưới 325mesh đã biết trước khối lượng<br /> + Cân 100g dung dịch keo đã biết trước nồng độ, độ chính xác tới 0,01g<br /> + Nước cất được chuẩn bị ở nhiệt độ 800C, thể tích 900ml<br /> + Hoà keo vào trong cốc 2l đã chứa nước cất, khuấy đều trong 5 phút sau đó<br /> lọc từ từ qua lưới 325mesh. Sau khi lọc xong tiến hành rửa nhiều lần lưới bằng<br /> nước ấm 600C.<br /> + Tiến hành sấy lưới có chứa lượng keo kết tinh đến khối lượng không đổi.<br /> + Cân khối lượng lưới và tính lượng keo đã kết tinh so với khối lượng keo<br /> đem thử. Đơn vị tính là ppm.<br /> 4. Chuẩn bị mẫu giấy thử nghiệm<br /> Để chuẩn bị các mẫu giấy thử nghiệm, OCC được làm sạch khỏi tạp chất như<br /> đinh gim, băng dán, được đánh tơi và nghiền đến 400SR trên máy nghiền Hà lan thí<br /> nghiệm. Keo nhựa thông được sữa hoá, hoà tan, pha loãng tới nồng độ 50g/lít bằng<br /> nước ấm (800C) và pha loãng bằng nước lạnh tới nồng độ 25g/l. Phèn nhôm được<br /> hoà tan bằng nước nóng tới nồng độ 100g/lít và pha loãng tiếp bằng nước lạnh tới<br /> 50g/l.<br /> Quá trình phối trộn keo nhựa thông (mức dùng keo 1% so với bột khô tuyệt<br /> đối) và phèn nhôm với bột giấy được thực hiện theo thứ tự: bột giấy – nhựa thông –<br /> phèn nhôm: lấy 10g dung dịch bột giấy nồng độ 2% cho vào cốc thuỷ tinh có thể<br /> tích 1000ml, lắp máy khuấy và khuấy trộn đều dung dịch bột giấy (tránh văng bột ra<br /> ngoài). Dùng pipét hút một lượng dung dịch keo nhất định và phối từ từ vào dung<br /> dịch bột. Khi đã cho hết keo, khuấy trộn đều trong vòng 5phút. Sau thời gian khuấy<br /> trộn keo nhựa thông với bột, bổ sung từ từ dung dịch phèn nhôm sao cho pH của<br /> hỗn hợp đạt 5,5. Khuấy đều tiếp 5 phút trước khi đem xeo trên máy xeo rapid.<br /> <br /> Mẫu giấy được xeo với định lượng70g/m2.<br /> Hiệu quả gia keo được đánh giá qua độ hút nước Cobb60 của giấy và xác<br /> định theo TCVN 6726-2000.<br /> II.2.2. Kết quả nghiên cứu hoàn thiện công nghệ<br /> <br /> Qúa trình điều chế keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và<br /> cáctông bao gói gồm 2 giai đoạn chính:<br /> + Biến tính colophan<br /> + Xà phòng hoá colophan để tạo thành keo nhựa thông (gọi tắt là quá trình<br /> xút hóa).<br /> Do quy trình xút hoá colophan đã được nghiên cứu nhiều và các điều kiện<br /> công nghệ này đã được xác lập nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên<br /> cứu hoàn thiện của các yếu tố công nghệ trong giai đoạn biến tính colophan đến<br /> chất lượng của keo nhựa thông. Các yếu tố công nghệ được lựa chọn để nghiên cứu<br /> chủ yếu là phụ gia chống kết tinh và giảm độ nhớt của keo sau nấu.<br />  Mẫu colophan dùng cho thí nghiệm được đập nhỏ và bảo quản trong túi<br /> nilon. Kết quả xác định trị số axit và trị số xà phòng hoá cho thấy, để đạt được loại<br /> keo chứa hàm lượng nhựa tự do ≈ 0% như theo yêu cầu của sản phẩm dùng cho gia<br /> keo giấy và cactông bao gói thì mức dùng kiềm (NaOH) là 13,02% so với khối<br /> lượng colophan đem nấu.<br /> Nhằm mục đích so sánh và đánh giá hiệu quả gia keo với các loại keo nhựa<br /> thông biến tính, một mẫu nhựa thông nấu theo quy trình truyền thống đã được<br /> chuẩn bị.<br /> Bảng 2.1. Quy trình nấu nhựa thông thông thường<br /> Điều kiện công nghệ Đơn vị Giá trị<br /> 0<br /> Nhiệt độ nấu C 98<br /> Tỷ dịch Tỷ lệ colophan/nước 1/3<br /> Mức dung kiềm %NaOH so với colophan 13,02<br /> Thời gian nấu giờ 3<br /> Các kết quả nghiên cứu năm 2005 của Viện CN Giấy và Xenluylô đã chỉ ra,<br /> phản ứng cộng vòng Diels-Alder với tác nhân biến tính cho hiệu quả gia keo cao<br /> hơn các tác nhân khác và đã lựa chọn được quy trình phù hợp cho quá trình biến<br /> tính colophan:<br /> + Mức dùng tác nhân biến tính: 8% so với colophan<br /> + Nhiệt độ: 1900C<br /> + Thời gian: 2,5giờ.<br /> Colophan sau khi biến tính được xút hoá bởi dung dịch NaOH có nồng độ<br /> 100g/lít đã được gia nhiệt tới 980C. Quá trình xút hoá kéo dài 1,5giờ kèm theo là<br /> khuấy trộn mạnh (1500v/phút), bổ sung thêm nước nóng. Kết thúc quá trình xút<br /> hoá, keo nhựa thông được làm nguội. Sản phẩm cuối cùng có hàm lượng chất khô<br /> 75%.<br /> Nhựa thông đem sử dụng (thông thường và biến tính) được sữa hoá ở nhiệt<br /> 0<br /> độ 80 C tới nồng độ 50g/l và pha loãng tiếp bằng nước lạnh tới nồng độ 25g/l trước<br /> khi đem sử dụng.<br /> Để đánh giá độ ổn định của keo nhựa thông biến tính một loạt các thí nghiệm<br /> đã được tiến hành.<br /> II.2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới chất lượng của keo nhựa thông<br /> biến tính.<br /> Mẫu keo biến tính được nấu theo quy trình đã nghiên cứu được, để nguội và<br /> đổ vào các hộp nhựa có nắp đậy kín. Cứ sau một số ngày nhất định đem keo ra kiểm<br /> tra hiệu quả gia keo. Kết quả thí nghiệm được đưa ra trong bảng 2.2.<br /> Bảng 2.2. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hiệu quả gia keo của keo nhựa<br /> thông biến tính.<br /> Thời gian bảo Độ hút nước Cảm quan Độ kết tinh,<br /> quản, ngày Cobb60, g/m2<br /> ppm<br /> Sau 1 ngày 17 Keo có màu vàng, đồng nhất, 0,00<br /> dạng dẻo<br /> Sau 10 ngày 17 nt 0,00<br /> Sau 15 ngày 22 nt 50,00<br /> Sau 20 ngày 24 Keo có màu vàng, có hiện 250,00<br /> tượng kết tinh trên bề mặt và<br /> cứng lại<br /> Sau 25 ngày 27 nt 380,00<br /> Sau 30 ngày 29 nt 420,00<br /> Sau 35 ngày 34 nt 550,00<br /> Sau 40 ngày 39 nt 650,00<br /> Sau 45 ngày 45 nt 820,00<br /> Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ<br /> <br /> Từ kết quả được đưa trong bảng 2.2 cho thấy, sau 15 ngày keo đã có hiện<br /> tượng kết tinh làm cho keo phía trên cứng lại gây khó khăn cho quá trình hoà tan và<br /> gia keo, hiệu quả gia keo giảm mạnh (độ hút nước cobb60 tăng lên tới 45g/m2 khi<br /> thời gian bảo quản là 45 ngày).<br /> Các kết quả trên cho thấy, để thương mại hoá sản phẩm này bên cạnh đảm<br /> bảo chỉ tiêu về chất lượng thì cần phải giảm độ nhớt của sản phẩm và độ ổn định<br /> của keo phải dài. Như vậy nhất thiết cần phải sử dụng phụ gia làm giảm độ nhớt và<br /> ức chế xu hướng kết tinh của keo.<br /> II.2.2.2. Phụ gia giảm độ nhớt và chống kết tinh cho keo nhựa thông biến tính.<br /> Một loạt các thí nghiệm thăm dò với các hợp chất hữu cơ, vô cơ được tiến<br /> hành và đã chọn được một hợp chất tương đối phù hợp với hệ keo này. Hợp chất<br /> này có chứa gốc amoni có ký hiệu thương mại là AM, xuất xứ Trung Quốc. Phụ gia<br /> này được bổ sung với một hàm lượng nhất định vào thời điểm sau khi xút hoá. AM<br /> được hoà tan trong nước nóng (80-900C) với nồng độ 50%. Sau khi bổ sung, tiến<br /> hành khuấy trộn mạnh với tốc độ 1500v/phút trong 30phút ở nhiệt độ 900C. Kết<br /> thúc quá trình, sản phẩm được để nguội và đem xác định các tính chất của keo.<br /> a. Ảnh hưởng của AM tới thời gian bảo quản của keo nhựa thông biến tính<br /> Colophan sau khi được biến tính và xút hoá được bổ sung 5%AM so với<br /> lượng colophan sử dụng. Sản phẩm sau đó được đổ vào các lọ nhựa 150ml có nắp<br /> đậy kín và được bảo quản ở nhiệt độ phòng. Cứ sau một thời gian nhất định mang<br /> một mẫu keo ra trộn đều và đem xác định độ nhớt, hiệu quả gia keo. Các kết quả thí<br /> nghiệm được đưa ra trong bảng 2.3.<br /> <br /> Bảng 2.3. Ảnh hưởng của AM tới thời gian bảo quản và hiệu quả gia keo của<br /> keo nhựa thông biến tính.<br /> Thời gian bảo quản, Độ hút nước Độ nhớt BZ4,<br /> ngày Cobb60, g/m2 s<br /> Sau 01 ngày 17 40<br /> Sau 10 ngày 17 40<br /> Sau 20 ngày 17 40<br /> Sau 30 ngày 18 42<br /> Sau 40 ngày 18 43<br /> Sau 50 ngày 18 43<br /> Sau 60 ngày 19 44<br /> Sau 90 ngày 19 45<br /> Sau 120 ngày 20 45<br /> Sau 150 ngày 21 45<br /> Ghi chú: Mức dùng AM: 5%, nhiệt độ xử lý 900C, thời gian 30phút; hàm lượng chất khô<br /> của keo: 75%, mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ<br /> Các kết quả thu được cho thấy, AM có tác dụng rất tốt làm ức chế quá trình<br /> kết tinh của nhựa thông biến tính làm cho độ nhớt của hệ keo ổn định và tăng lên<br /> không nhiều kể cả sau thời gian bảo quản 5 tháng. Hiệu quả gia keo của sản phẩm<br /> vẫn rất tốt và ổn định.<br />  Tuy nhiên theo các tài liệu tham khảo thì độ nhớt của hệ keo nằm trong<br /> khoảng 20 – 30s là tốt nhất. Với độ nhớt này, mặc dù ở nồng độ cao (75%) song sản<br /> phẩm rất loãng có thể múc và rót rất dễ dàng, thuận tiện cho quá trình chuẩn bị và<br /> gia keo trong quá trình sản xuất giấy.<br /> b. Ảnh hưởng của mức dùng AM tới độ nhớt của keo nhựa thông biến tính<br /> <br /> Để giảm độ nhớt của hệ keo một loạt các thí nghiệm với các mức dùng AM<br /> khác nhau đã được tiến hành. Kết quả được đưa ra trong bảng 2.4<br /> Bảng 2.4. Ảnh hưởng mức dùng AM tới độ nhớt và hiệu quả gia keo của keo<br /> nhựa thông biến tính<br /> <br /> Mức dùng AM, Độ hút nước Độ nhớt BZ4,<br /> Cobb60, g/m2 s<br /> % Sau 120 ngày Sau 150 ngày Sau 120 ngày Sau 150 ngày<br /> 5 20 21 45 45<br /> 7 19 20 40 42<br /> 8 18 20 35 36<br /> 9 19 19 30 32<br /> 10 19 19 22 23<br /> 12 18 20 16 18<br /> Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian<br /> 30phút; mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ<br /> Từ kết quả đưa ra trong bảng 2.4 cho thấy, phụ gia AM không những không<br /> ảnh hưởng mà còn có tác dụng tích cực tới hiệu quả gia keo (độ hút nước Cobb60<br /> vẫn ở mức 20 – 21g/m2) mặc dù thời gian bảo quản tới 150 ngày. Hơn thế nữa khi<br /> tăng mức dùng AM thì độ nhớt có xu hướng giảm và giảm rất nhanh khi mức dùng<br /> trên 10%. Mẫu keo sau 150 ngày bảo quản vẫn rất lỏng. Kết quả đo độ nhớt cho<br /> thấy với mức dùng 10% là thích hợp (độ nhớt BZ4 nằm trong khoảng 20 – 30s, phù<br /> hợp với các kết quả đã được công bố).<br /> c. Ảnh hưởng của AM tới nhiệt độ sữa hoá của keo nhựa thông biến tính<br /> <br /> Trên thực tế sản xuất, quá trình sữa hoá nhựa thông thường được tiến hành ở<br /> nhiệt độ 70-800C, ở nhiệt độ này cùng với quá trình khuấy trộn mạnh sẽ đảm bảo<br /> sự, hoà tan, phân tán keo tốt trước khi đem sử dụng. Tuy nhiên khi sữa hoá ở nhiệt<br /> độ càng cao thì sẽ phải tiêu tốn một lượng nhiệt được cấp từ hơi nước (trực tiếp<br /> hoặc gián tiếp) khá lớn nên xu hướng của các sản phẩm keo thế hệ mới là sữa hoá ở<br /> nhiệt độ thấp và pha loãng ở điều kiện môi trường.<br /> Theo các tài liệu thu thập được cùng với sự khuyến cáo của nhà sản xuất thì<br /> chế phẩm AM không chỉ có tác dụng làm giảm độ nhớt của keo mà hệ keo có thể<br /> sữa hoá ở nhiệt độ thấp.Để khẳng định cho các kết luận này một loạt các thử<br /> nghiệm sữa hoá keo ở các nhiệt độ khác nhau đã được thực hiện.Do chất lượng các<br /> mẫu keo đối chứng không đạt chất lượng sau thời gian bảo quản là 45 ngày nên khi<br /> tiến hành so sánh hai mẫu keo, các thí nghiệm chỉ so sánh ở 2 khoảng thời gian là<br /> sau 1 ngày và sau 45 ngày bảo quản, còn riêng đối với mẫu keo sử dụng AM sẽ<br /> khảo sát tiếp ở thời điểm sau 150 ngày. Các kết quả được đưa ra ở bảng 2.5<br /> Bảng 2.5. Ảnh hưởng của AM tới nhiệt độ sữa hoá keo của keo nhựa thông<br /> <br /> Nhiệt độ sữa Độ hút nước cobb60, g/m2 Độ hút nước cobb60, g/m2<br /> hoá, 0C Keo nấu sau 1 ngày nấu Keo nấu sau 45ngày nấu<br /> Mẫu đối chứng Mẫu dùng AM Mẫu đối chứng Mẫu dùng AM<br /> 80 17 17 45 18<br /> 70 17 17 46 18<br /> 60 19 17 48 18<br /> 50 20 17 52 18<br /> 40 25 17 55 20<br /> 30 49 38 65 40<br /> Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian<br /> 30phút, mức dùng AM: 10% so với colophan; Nồng độ sữa hoá 100g/l;; Pha loãng tới 50g/l bằng<br /> nước ấm (500C, đối với mẫu có nhiệt độ sữa hoá 400C thì quá trình pha loãng cũng lấy bằng<br /> 400C), pha loãng tới 25g/l bằng nước lạnh; Mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ<br /> Các kết quả đưa ra trong bảng 2.5 cho thấy, khi nhiệt độ sữa hoá giảm từ<br /> 800C xuống 300C thì hiệu quả gia keo của mẫu đối chứng giảm theo (độ cobb60 tăng<br /> từ 17g/m2 lên 49g/m2 ngay sau khi nấu 1 ngày và 45g/m2 lên 65g/m2 sau khi bảo<br /> quản 45 ngày) điều này cho thấy mẫu keo đối chứng rất khó sữa hoá ở nhiệt độ<br /> thấp. Ngược lại trong khoảng nhiệt độ 800C – 500C, tại 2 thời điểm khảo sát thì hiệu<br /> quả gia keo của keo nhựa thông biến tính gần như không đổi. Khi tiếp tục giảm<br /> nhiệt độ xuống 400C thì hiệu quả gia keo bắt đầu giảm điều này do các hạt keo chưa<br /> được hoà tan hết, kích thước hạt lớn, khả năng phân tán thấp. Các kết quả trên cho<br /> phép chọn nhiệt độ sữa hoá của keo biến tính là: 500C. Để khẳng định kết quả này,<br /> một mẫu keo sử dụng AM được bảo quản sau 150 ngày cũng đã được tiến hành, kết<br /> quả cho thấy, tại nhiệt độ sữa hoá 500C, keo vẫn hoà tan tốt, hiệu quả gia keo không<br /> có biến đổi nhiều (độ hút nước cobb60 19,5g/m2 so với 19,0g/m2 khi sữa hoá ở<br /> 800C). Điều này cho phép tiết kiệm nhiệt lượng cho quá trình chuẩn bị keo.<br /> d. Nghiên cứu giảm độ kết tinh cho keo nhựa thông biến tính<br /> <br /> Từ các kết quả thu được ở trên cho phép kết luận: chế phẩm AM thực sự hữu<br /> ích trong quá trình điều chế keo nhựa thông nó không chỉ giảm độ nhớt của dung<br /> dịch keo mà còn giúp giữ ổn định hiệu quả gia keo trong một khoảng thời gian dài.<br /> Mặc dù vậy một yếu tố cũng rất quan trọng trong quá trình gia keo là hàm lượng<br /> keo bị kết tinh, nó ít nhiều cũng ảnh hưởng tới hiệu quả gia keo, song ảnh hưởng<br /> lớn nhất là sự bám dính, làm bẩn chăn lưới, các trục ép gây khó khăn trong quá<br /> trình sản xuất giấy. Để xác định hàm lượng keo bị kết tinh, một loạt các thí nghiệm<br /> đã được tiến hành đối với các mẫu keo có sử dụng AM. Các kết quả được đưa ra<br /> trong bảng 2.6<br /> Bảng 2.6 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới độ kết tinh và hiệu quả gia keo<br /> của keo nhựa thông<br /> Thời gian bảo quản, Độ hút nước Độ kết tinh,<br /> ngày Cobb60, g/m2 ppm<br /> Sau 01 ngày 17 0,00<br /> Sau 10 ngày 17 0,00<br /> Sau 20 ngày 17 50,00<br /> Sau 30 ngày 18 150,00<br /> Sau 40 ngày 18 210,00<br /> Sau 50 ngày 18 250,00<br /> Sau 60 ngày 19 490,00<br /> Sau 90 ngày 19 610,00<br /> Sau 120 ngày 20 850,00<br /> Sau 150 ngày 21 1200,00<br /> Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian<br /> 30phút, mức dùng AM: 10% so với colophan; Nồng độ sữa hoá 100g/l và pha loãng tới 50g/l bằng<br /> nước ấm (500C), pha loãng tới 25g/l bằng nước lạnh; Mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ<br /> Từ các kết quả được đưa trong bảng 2.6 cho thấy mặc dù hiệu quả gia keo<br /> vẫn cao song cũng đã có một lượng keo đã có xu hướng kết tinh và lượng này càng<br /> tăng khi thời gian bảo quản tăng. Do vậy để đảm bảo keo không bị kết tinh, kéo dài<br /> thời gian bảo quản nhất thiết cần phải sử dụng chất ức chế kết tinh.<br /> Tham khảo các tài liệu, công trình được công bố [1,2,4] thì focmandehyt là<br /> một hoá chất có thể làm ức chế quá trình kết tinh của nhựa thông. Tuỳ từng loại<br /> nhựa thông mà mức dùng khác nhau.<br /> Quy trình sử dụng [4]:<br /> + Nhiệt độ: 180 – 1900C<br /> + Thời gian xử lý: 2,0giờ<br /> + Hoá chất phụ trợ: axit paratoluensulfomic: 0,3% so với colophan<br /> Hai loại hoá chất này được thêm vào giai đoạn biến tính nhựa thông khi thời gian<br /> tiến hành được 0,5giờ (thời gian biến tính là 2,5giờ). Kết quả nghiên cứu được đưa<br /> trong bảng 2.7<br /> Bảng 2.7. Ảnh hưởng của mức dùng focmandehyt tới độ kết tinh và hiệu quả<br /> gia keo của keo nhựa thông<br /> Mức dùng Độ hút nước Độ kết tinh,<br /> focmandehyt Cobb60 g/m2 sau ppm: sau<br /> so với 60 90 120 150 60 90 120 150<br /> colophon, % ngày ngày ngày ngày ngày ngày ngày ngày<br /> 0,8 19 19 20 21 250 370 420 550<br /> 1,0 18 19 21 21 220 320 360 420<br /> 1,2 19 19 21 21 72 90 100 105<br /> 1,4 19 18 21 21 75 93 100 104<br /> 1,6 19 19 21 22 74 95 105 106<br /> Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian<br /> 30phút, mức dùng AM: 10% so với colophan; Nồng độ sữa hoá 100g/l và pha loãng tới 50g/l bằng<br /> nước ấm (500C), pha loãng tới 25g/l bằng nước lạnh; Mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ<br /> Từ kết quả trên cho thấy, phụ gia này không ảnh hưởng tới hiệu quả gia keo<br /> mà còn giảm lượng kết tinh xuống rất thấp ≈ 100ppm – một lượng rất nhỏ, với hàm<br /> lượng này mức độ ảnh hưởng tới chăn lưới, trục ép, bề mặt sản phẩm là không đáng<br /> kể [2]. Mức dùng hợp lý của phụ gia này là 1,2% so với lượng colophan.<br /> Kết luận:<br /> Từ các kết quả nghiên cứu cho phép rút ra quy trình sản xuất keo nhựa thông<br /> biến tính có độ nhớt thấp và độ ổn định cao:<br />  *Quy trình biến tính colophan:<br /> + Mức dùng tác nhân biến tính: 8% so với colophan<br />