Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ tư, 29/06/2022 | 00:37

Thứ tư, 29/06/2022 | 00:37

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 08:17 ngày 07/09/2021

Các xu hướng ứng dụng công nghệ sản xuất giấy tissue trong tương lai

Nhằm nâng cao chất lượng và các tính năng của giấy tissue, đáp ứng nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng, các nhà nghiên cứu công nghệ và sản xuất đã tập trung nghiên cứu và cải tiến việc ứng dụng các loại bột giấy, chất chống dính và chất phụ gia tăng độ bền cho sản phẩm.
Hiện nay, do tác động của nhiều yếu tố ngoại cảnh, những biến động bất thường của thị trường nên xu hướng tiêu dùng giấy tissue trên thị trường đã có nhiều biến đổi. Mục đích sử dụng của từng chủng loại sản phẩm cũng đã hướng các nhà sản xuất phải thay đổi công nghệ sản xuất phù hợp, nguyên liệu đầu vào và sản phẩm hoàn thành nhằm đáp ứng được yêu cầu của từng phân đoạn thị trường.
Do tác động của bối cảnh dịch covid-19 đang lan rộng và diễn biến phức tạp, thị trường tiêu thụ giấy tissue cũng có những thay đổi nhanh chóng để phù hợp với tình hình mới này. Trong bối cảnh của dịch cần phải thực hiện giãn cách xã hội nên mọi người dành nhiều thời gian ở nhà hơn, bởi vậy mức độ tiêu thụ các loại sản phẩm sử dụng tại nhà (tissue at home - TaH) gia tăng mạnh mẽ và nhiều hơn so với các sản phẩm giấy tissue sử dụng bên ngoài gia đình (away-fromhome-AfH), như nhà hàng, khách sạn, văn phòng… Thông thường, với mục đích sử dụng bên ngoài gia đình nên giấy tissue AfH được sản xuất từ các loại bột giấy cấp thấp, hoặc là giấy
loại văn phòng đã lựa chọn (SOP), trái lại giấy tissue gia đình (TaH) lại được sản xuất từ bột giấy cao cấp, bột giấy nguyên sinh nhiều hơn.
Điều này có nghĩa là nhu cầu sử dụng các sản phẩm cao cấp và siêu cao cấp được người tiêu dùng ưa thích hơn, do tính chất của sản phẩm cao hơn, có độ chặt và khả năng thấm hút cao và các loại sản phẩm như thế này chỉ có thể được sản xuất trên các dây chuyền giấy tissue mới và hiện đại hơn.
Một xu hướng khác ảnh hưởng đến tất cả các thị trường giấy và bột giấy toàn cầu đó là kế hoạch mở rộng công suất bột giấy ở Trung Quốc. Đây là một kế hoạch dài hạn được Chính phủ Trung Quốc công bố vào tháng 5 năm 2020, với mục đích kích thích, phát triển lưu thông và tiêu thụ hàng hóa nội địa (thị trường nội địa) và giảm phụ thuộc vào nhập khẩu hàng hóa từ
bên ngoài. 
Sử dụng bột tre nứa
Lệnh cấm nhập khẩu giấy thu hồi vào Trung Quốc đã có hiệu lực chính thức từ ngày 01/01/2021, bởi vậy trong thời gian tới dự báo sẽ diễn ra sự cạnh tranh khốc liệt để triển khai các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy nguyên sinh tích hợp tại nước này. Theo số liệu thống kê của Hiệp hội giấy Trung Quốc, đã có 34 dự án sản xuất bột giấy với tổng công suất 14,6 triệu tấn/năm đã được công bố, trong giai đoạn từ 2017-2020.
Tuy nhiên, do sự thiếu hụt nguồn cung cấp gỗ để sản xuất bột giấy hiện nay sẽ ngăn cản nhiều dự án đã được đề xuất trở thành hiện thực. Trong thời gian gần đây đã có nhiều đồn điền trồng tre được thành lập, hoặc đang được quy hoạch, vì tre có chu kỳ sinh trưởng ngắn chỉ từ ba đến năm năm, nên chắc chắn sẽ có một sự gián đoạn lớn trong việc nhập khẩu bột giấy vào thị trường Trung Quốc trong vài năm tới.
Hiện nay, tại Trung Quốc việc sử dụng ngày càng nhiều bột tre, nứa trong sản xuất giấy tissue. Khoảng một nửa sản lượng tre, nứa của Trung Quốc đang được sử dụng để sản xuất giấy tissue. Hầu hết các dây chuyền mới nhất sản xuất giấy tissue ở Trung Quốc đều sử dụng kết hợp giữa bột tre nứa và bột kraft từ bạch đàn.
Các nhà sản xuất cũng đã tiến hành thử nghiệm và xem xét tác động của việc thay đổi thành phần bột giấy trong giấy tissue được tạo ra trên dây chuyền thực nghiệm. Với thành phần chính là 40% bột kraft gỗ mềm phương bắc tẩy trắng (Nothern Bleached Softwood Kraft Pulp - NBSK) và 60% bột bạch đàn tẩy trắng (Bleached Eucalyptus Kraft Pulp - BEK), hoặc là 50% bột NBSK và 50% bột BEK. Kết quả cho thấy với hỗn hợp bột 50/50 chất lượng giấy đạt độ bền và độ chặt tốt tương đương với 100% bột BEK, nhưng với hỗn hợp bột 50/50 thì hàm lượng bột NBSK đã làm giảm độ xơ và độ bụi của giấy tissue, đây có thể sẽ là vấn đề chính trong việc chuyển đổi sản xuất của các nhà máy.
Trên thị trường tiêu thụ giấy tissue hiện nay, giấy tissue có thể được phân loại thành bốn mức chất lượng khác nhau: cấp thấp (AfH), phổ thông, cao cấp và siêu cao cấp. Sự khác biệt chủ
yếu giữa các chủng loại sản phẩm này là độ chặt, độ thấm hút và độ mềm mại. Tất cả các chỉ tiêu chất lượng này đều có liên quan với nhau, vì một tấm giấy có độ chặt lớn hơn thường cho độ thấm hút và độ mềm tốt hơn. Chúng thường có sự cân bằng nhất định, tuy nhiên, giữa các đặc tính của giấy tissue mong muốn và độ bền của tấm giấy là cần thiết cho việc vận hành tốt
các dây chuyền sản xuất và thiết bị chuyển đổi tiếp theo.
Nhằm tối ưu hóa độ bền của giấy tissue với tác động tối thiểu đến độ chặt, độ mềm mại và khả năng thấm hút, các nhà sản xuất đã đưa ra các phương án thực hiện sau:
• Lựa chọn các loại xơ sợi và bột giấy
• Thay đổi cấu trúc giấy tissue
• Sử dụng phụ gia tăng bền hòa tan (ướt)
• Cải thiện độ nghiền bột giấy
• Bổ sung sợi nano xenlulo
Lựa chọn các loại xơ sợi và bột giấy
Các chuyên gia nghiên cứu cũng đã trình bày về mối quan hệ giữa các đặc tính của xơ sợi với tính chất của giấy tissue. Chúng ta đều rõ rằng, xơ sợi dài, mềm dẻo của bột NBSK làm gia tăng độ bền kéo, trong khi các xơ sợi bột gỗ mềm phương Nam (Southern Bleached Softwood Kraft Pulp - SBSK) có thành dày hơn lại làm gia tăng độ chặt và khả năng thấm hút vì các lỗ hổng mao mạch trong tế bào của chúng không bị phá hủy. Độ chặt và độ mềm của giấy tissue cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng các xơ sợi gỗ cứng như gỗ bạch đàn hoặc gỗ keo, do chúng có kích thước xơ sợi ngắn hơn, đường kính nhỏ hơn và độ linh hoạt
cao hơn.
Thay đổi cấu trúc giấy tissue
Sử dụng giấy tissue có độ chặt cao trong nhà bếp đang rất được ưa chuộng tại Mỹ. Hiện tại, các nhà sản xuất giấy tissue đang rất chú trọng đến việc phát triển sản phẩm mới nhằm đáp ứng nhu cầu của thị trường này.
Trong các dây chuyền sản xuất giấy tissue thông thường, lô sấy Yankee thực hiện chức năng vừa ép tờ giấy vừa làm bay hơi nước, nên vẫn duy trì được độ dày và khả năng thấm hút nước cao của giấy với cấu trúc phồng xốp của giấy tissue (hình minh họa) được hình thành bởi kết cấu mắt dệt của lưới xeo.
Với công nghệ sấy khô bằng không khí (through-air-drying - TAD) quy trình sấy khô tấm giấy được kết hợp giữa buồng chân không và không khí nóng thổi qua tấm giấy thay vì ép, điều này cho phép bảo toàn cấu trúc của giấy tissue được tạo thành trên chăn sấy sau quá trình sấy. Để lấy tấm giấy ra khỏi chăn mà không phá vỡ cấu trúc này và không làm ảnh hưởng đến độ chặt của giấy, các nhà sản xuất thường sử dụng chất chống dính với mức tiêu hao khoảng 4kg cho mỗi tấn giấy. Thông thường, chất chống dính là một sản phẩm gốc dầu có nguồn gốc
từ dầu mỏ.
Trong quá trình hoạt động các nhà sản xuất cần chú ý đến sự cân bằng giữa các đặc tính mong muốn của giấy tissue với độ bền cần thiết của tấm giấy, nhằm đảm bảo khả năng vận hành tốt cho cả dây chuyền sản xuất giấy tissue và thiết bị gia công về sau.
Một vấn đề liên quan đến sử dụng chất chống dính gốc dầu khi ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra khói hoặc sương mù của các hạt phân tử, sẽ gây tổn hại sức khỏe và an toàn cho người lao động. Vấn đề thứ hai là xả thải chất chống dính này vào nguồn thải, đặc biệt là tại các nhà máy sản xuất giấy tissue ở vùng đô thị với các hệ thống xử lý chất thải đô thị có giới hạn về chất béo, dầu và mỡ bôi trơn (fats-oils-greases - FOG).
Một nghiên cứu mới đang được đề xuất về nghiên cứu, phát triển một sản phẩm an toàn hơn và bền vững hơn dựa trên một sản phẩm có nguồn gốc sinh học và phân hủy sinh học đáp ứng tất cả các yêu cầu trong khi ứng dụng.
Các thử nghiệm về sản phẩm sinh học này đang được thực hiện trong thực tế. Kết quả đạt được là độc tính trong nước thải thấp hơn, khả năng đáp ứng các chỉ tiêu giới hạn yêu cầu về FOG, liều lượng sử dụng thấp hơn 50% so với các chất chống dính thông thường, ít tạo sương trong phòng máy, giảm kích ứng mắt, và giảm yêu cầu về chất kết dính giữa các lớp tissue khi làm sản phẩm nhiều lớp.
Sử dụng các chất phụ gia tăng bền Một phương pháp mới đã được thực hiện nhằm chứng minh cho mức độ cải thiện độ bền liên kết của tissue là sử dụng các chất phụ gia phần ướt như tinh bột cation hoặc phun sản phẩm hemicellulose chưa tích điện như xyloglucan lên tấm giấy. Cả hai cách tiếp cận này sẽ làm tăng liên kết hydro trong tấm giấy và ít ảnh hưởng
đến độ chặt.
Cải thiện độ nghiền bột giấy Xơ sợi thường được nghiền để tối đa hóa diện tích bề mặt và tạo ra sự liên kết xơ sợi, nhưng việc việc nghiền quá nhiều có thể sẽ làm giảm độ chặt của giấy tissue. Khi sử dụng bột giấy hỗn hợp, hiệu quả đạt được sẽ cao hơn nếu nghiền bột giấy một cách riêng biệt, ví dụ bột giấy gỗ cứng và bột giấy gỗ mềm có sự biến dạng độ nghiền khác nhau. Trong quá trình sản xuất thực tiễn, mọi người đều hiểu rằng, quá trình nghiền ở nồng độ thấp với các dao nghiền được thiết kế đặc biệt giúp duy trì và ổn định được độ dài của xơ sợi, làm gia tăng diện tích bề mặt của xơ sợi, ít phá hủy vách luymen, gia tăng liên kết xơ sợi và bảo toàn được độ chặt của giấy.
Bổ sung xơ sợi nanocellulose Một biện pháp nữa để tăng tính năng của giấy tissue là có thể bổ sung nanoxenlulo (nano-fibrillated cellulose - NFC) hoặc sợi dài xenluloza (cellulose filament). Đây là phương thức làm gia tăng diện tích bề mặt của xenlulo trong sản phẩm, biện pháp này có ưu điểm là sử dụng các chất phụ gia hòa tan. Tại Trung Quốc, các nhà sản xuất giấy khăn ăn từ bột tre nứa, cho thấy khi bổ sung NFC thì độ bền kéo, độ chặt và khả năng thấm hút nước được gia tăng nhiều.
Sản xuất tissue là một thị trường đang phát triển với đặc điểm là các dây chuyền mới được chế tạo trên khắp thế giới. Cũng như việc lựa chọn công nghệ dây chuyền sản xuất giấy phù hợp, lựa chọn loại xơ sợi, độ nghiền và phụ gia phù hợp để đáp ứng nhu cầu chất lượng của khách hàng đồng thời giảm thiểu chi phí tổng thể sẽ ngày càng trở nên quan trọng để duy trì tính cạnh tranh trong lĩnh vực này./.
Theo Tạp chí Công nghiệp giấy số tháng 6-7/2021
lên đầu trang