Tóm tắt
Giấy thấm (Blotting paper) - một loại giấy có tính thấm hút cao, được sử dụng để hấp thụ lượng chất lỏng dư thừa như nước, mực hoặc dầu trên bề mặt giấy hoặc các đồ vật, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hội họa, phân tích hóa học, dược phẩm và mỹ phẩm. Đặc điểm của sản phẩm này là có định lượng 250 ÷ 300 g/m2, độ dày 0,4 ÷ 0,8 mm, được làm từ loại bột có hàm lượng α – cellulose cao nên giấy có độ thấm hút nước, độ bền của giấy ở trạng thái ướt cao. Hiện nay, các đơn vị sử dụng loại giấy này ở Việt Nam đều phải nhập khẩu trực tiếp với giá thành cao, song việc mua bán không thực sự thuận lợi do sản lượng thấp. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thực hiện xây dựng công nghệ sản xuất phù hợp cho dây chuyền công suất nhỏ
Từ khóa: Giấy thấm, blotting paper, độ thấm hút nước, giấy và bột giấy
Giới thiệu chung
Cùng với sự tăng trưởng cao của ngành giấy Việt Nam và những đòi hỏi khắt khe trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm phục vụ cho xuất khẩu, hầu hết các đơn vị sản xuất đều có phòng KCS để kiểm định chất lượng từng cuộn sản phẩm đều được trang bị một số thiết bị để phân tích một số các chỉ tiêu (tùy theo từng chủng loại giấy). Trong đó, giá trị độ hút nước Cobb là một trong những chỉ tiêu quan trọng đối với các loại giấy, đặc biệt là giấy in, giấy bao bì công nghiệp. Để kiểm tra độ hút nước theo phương pháp Cobb, vật liệu không thể thiếu là giấy thấm.
Giấy thấm là một trong những sản phẩm giấy đặc biệt của ngành giấy. Giấy thấm được nhập khẩu chủ yếu từ thị trường Phần Lan, Thụy Điển, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc với nhu cầu ngày càng tăng bởi sự phát triển của nền kinh tế Việt Nam trong những năm gần đây.
Có thể thấy, giấy thấm có tính ứng dụng cao trong đời sống, nhưng sản lượng sản phẩm trên thị trường hiện nay thấp. Trong khi đó, nguyên liệu có thể sử dụng cho sản xuất giấy thấm (bột giấy hóa học tẩy trắng, sợi bông) hiện đã được thương mại hóa tại thị trường trong nước và ở Việt Nam cũng chưa có nghiên cứu nào về dòng sản phẩm giấy đặc biệt này. Do vậy, đây là thị trường tiềm năng đối với ngành giấy Việt Nam, cần được nghiên cứu và phát triển dòng sản phẩm có giá trị kinh tế cao này.
Phương pháp nghiên cứu
Bột sau kiềm hóa từ bột hóa học tẩy trắng gỗ cứng (BHKP) và bột hóa học tẩy trắng gỗ mềm (BSKP) được đánh tơi trên thiết bị đánh tơi 5 lít, sau đó nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI đến độ nghiền phù hợp. Bột sau nghiền được phối trộn với nhau trong xô nhựa dung tích 5 lít theo các tỷ lệ nghiên cứu. Sau đó bổ sung thêm chất tăng bền ướt. Huyền phù bột sau đó được khuấy trộn đều và mang đi xeo mẫu giấy với định lượng 250g/m2, ép, sấy ở nhiệt độ 93oC trên máy xeo Rapid - Kothen. Mẫu giấy sau khi sấy được bảo quản ở điều kiện tiêu chuẩn trước khi đem xác định tính chất cơ lý.
Để xác định lượng nước hấp thụ, cân tờ giấy có kích thước 40 mm x 40 mm đã được điều hòa và ngâm vào trong nước cất hoặc nước khử ion ở nhiệt độ 23°C trong 2 giây. Sau khi lấy ra, để tờ giấy ráo nước bằng cách treo một góc của tờ giấy theo phương thẳng đứng trong 30 giây và xác định sự chênh lệch khối lượng của tờ giấy thấm trước và sau khi ngâm nước. Tính lượng nước hút được là khối lượng nước đã hấp thụ, biểu thị bằng gam trên mét vuông tờ giấy thấm đã được điều hòa.
Kết quả nghiên cứu
Tính chất quan trọng của giấy thấm sử dụng để kiểm tra độ hút nước của giấy là khả năng hấp thụ nước cao. Do vậy, nguyên liệu sử dụng cần được loại bỏ lượng hemicellulose. Theo TLTK, bột giấy được xử lý có hàm lượng α – xenlulo cao trên 95% phải có công đoạn xử lý bột giấy hoá học tẩy trắng bằng kiềm. Kế thừa các kết quả nghiên cứu và phù hợp với thực tiễn sản xuất, nhóm đề tài lựa chọn nguyên liệu phù hợp là bột giấy BSKP và BHKP sau kiềm hóa để tiến hành thực hiện nghiên cứu.
Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn nguyên liệu phù hợp
Tiến hành thí nghiệm với tỷ lệ phối trộn giữa 02 loại bột giấy kiềm hoá để nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên liệu đến các tính chất như độ dày, độ hút nước Klemm, lượng nước hấp thụ, sự thay đổi kích thước của giấy khi ngâm trong nước, đồng thời, đưa ra điều kiện công nghệ tối ưu cho quá trình sản xuất giấy thấm. Điều kiện thí nghiệm cụ thể như sau:
- Độ nghiền: 22 ± 2oSR.
- Tỷ lệ bột BHKP/BSKP (kiềm hóa): 90/10; 80/20; 70/30; 60/40; 50/50.
Hình 1: Ảnh hưởng của tỷ lệ bột BHKP/BSKP đến tính chất giấy
Nhìn tại biểu đồ, thấy rằng, khi tăng tỷ lệ phối trộn bột BHKP/bột BSKP từ 90/10 đến 50/50 thì độ dày của giấy giảm dần, sự thay đổi kích thước sau khi ngâm ướt của giấy tăng. Do bản chất của hiện tượng biến dạng của giấy khi bị ướt là do các xơ sợi khi gặp nước sẽ trương nở nên làm thay đổi kích thước của xơ sợi cả chiều dài và đường kính, làm cho giấy bị thay đổi kích thước theo cả 3 chiều là: chiều dài, chiều rộng và chiều dày. Giấy có độ biến dạng thấp nhất khi bị ướt là giấy có cấu trúc xốp nhất, bởi vì khi đó những khoảng không còn trống giữa các xơ sợi sẽ là chỗ cho sự biến dạng của xơ sợi. Còn giấy có độ biến dạng nhiều nhất là giấy có độ chặt cao nhất, vì khi đó trong cấu trúc giấy không còn khoảng trống nào dành chỗ cho sự biến dạng của xơ sợi. Khi tăng tỉ lệ sử dụng bột BSKP trong khoảng từ 10 – 50%, xơ sợi đan dệt tốt hơn, cấu trúc của giấy chặt hơn, nên sự thay đổi kích thước sau khi ngâm ướt của các mẫu giấy tăng.
Ảnh hưởng của độ nghiền bột giấy đến chất lượng giấy
Nghiền bột giấy là một công đoạn quan trọng, không thể thiếu trong quá trình sản xuất giấy. Trong quá trình nghiền có hai tác động chính đến xơ sợi là thủy hóa, trương nở xơ sợi và cắt ngắn, phân tơ, chổi hóa xơ sợi tạo điều kiện cho sự liên kết tốt hơn giữa các xơ sợi khi hình thành tờ giấy, giúp cải thiện tính chất cơ lý, tăng độ bền của giấy. Các yếu tố công nghệ để nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất của giấy như sau:
- Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu (BHKP/ BSKP kiềm hóa): 70/30;
- Độ nghiền: thay đổi từ 14, 18, 22, 26, 30, 34oSR;
Hình 2: Biểu đồ ảnh hưởng của độ nghiền bột giấy đến tính chất của giấy
Kết quả thể hiện được rằng, khi tăng độ nghiền từ 14oSR đến 34oSR thì độ dày, độ hút nước Klemm giảm, trong khi đó sự thay đổi kích thước khi ngâm trong nước, lượng nước hấp thụ vào giấy tăng.
Ngược lại, khi độ nghiền tăng thì lượng nước hấp thụ vào giấy tăng do xơ sợi phân tơ chổi hoá, tạo cho giấy có nhiều liên kết với OH bởi bột giấy đã kiềm hoá. Nếu tiếp tục tăng độ nghiền lên 34oSR, bột giấy có xu hướng cắt ngắn, lượng nước hấp thụ tăng nhưng không đáng kể.
Với yêu cầu đặt ra, giấy thấm sử dụng để kiểm tra độ hút nước của giấy phải đảm bảo một số chỉ tiêu về độ dày, độ hút nước Klemm, khả năng hấp thụ nước, sự thay đổi kích thước của giấy khi ngâm trong nước. Vì vậy, độ nghiền phù hợp với 02 loại bột BSKP, BHKP đã xử lý kiềm là 24±2oSR.
Nghiên cứu sử dụng mức dùng hóa chất tăng bền ướt
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất đối với hoá chất POLYFIX - WS236, mức dùng sử dụng từ 0,5 – 15 kg/tấn sản phẩm tuỳ theo yêu cầu chất lượng giấy. Điều kiện công nghệ cụ thể như sau:
- Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu (BSKP/ BHKP kiềm hóa): 30/70;
- Độ nghiền: 24±2oSR;
- Mức dùng hoá chất POLYFIX - WS236: thay đổi từ 2 – 12 kg/tấn;
Kết quả được trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1: Ảnh hưởng của mức dùng hoá chất bền ướt đến tính chất giấy
Việc sử dụng hoá chất bền ướt không tác động đến các chỉ tiêu quan trọng của giấy thấm. Khi tăng mức dùng hoá chất bền ướt từ 2% đến 12%, độ bền kéo của giấy ở trạng thái ướt tăng từ 3,68 kN/m lên 5,45 kN/m. So sánh với chỉ tiêu về độ bền của giấy ở trạng thái ướt với một số mẫu sản phẩm thương mại, nhóm đề tài lựa chọn mức dùng hoá chất bền ướt POLYFIX - WS236 là 6 kg/tấn sản phẩm.
Sản xuất thử nghiệm
Quá trình sản xuất thử nghiệm giấy thấm sử dụng để kiểm tra độ hút nước của giấy được hiệu chỉnh công nghệ và tiến hành tại Xưởng thực nghiệm – Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô.
Hình 3: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy thấm sử dụng để kiểm tra độ hút nước của giấy
Mô tả khái quy trình: Nguyên liệu là bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng và gỗ mềm đã xử lý (kiềm hóa) phối trộn theo tỷ lệ phù hợp được đánh tơi, nghiền trên máy đến độ nghiền thích hợp. Bột giấy sau nghiền được phối trộn với hóa chất tăng bền ướt tạo thành hỗn hợp. Hỗn hợp này được xeo giấy để tạo thành tờ giấy.
Các mẫu giấy của quá trình sản xuất thử nghiệm được lấy đại diện từ các cuộn khác nhau, sau đó được mang đi xác định các chỉ tiêu, yêu cầu chất lượng sản phẩm. Chất lượng giấy thấm được lấy giá trị trung bình của các kết quả đo và được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2: Chỉ tiêu chất lượng giấy thấm chế tạo thử nghiệm
Kết quả trong bảng 2 cho thấy, các chỉ tiêu chất lượng của giấy thấm như định lượng, các chỉ tiêu về cơ lý đều đạt so với các chỉ tiêu đặt ra. Sản phẩm được cắt xén theo kích thước yêu cầu (165 x 165 mm). Tổng sản lượng thu được là 13.000 tờ giấy thấm.
Định mức sản xuất được dựa trên quá trình tổng hợp của Trung tâm sản xuất thực nghiệm - Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô, ước lượng với chi phí sản xuất 1 tấn giấy in thông thường là 1.400.000 VNĐ/tấn sản phẩm.Định mức chi phí sản xuất trực tiếp trong quá trình chế tạo thử nghiệm được thống kê chi tiết ở Bảng 3.
Bảng 3: Ước tính chi phí nguyên nhiên vật liệu, hóa chất phụ gia cho 01 tấn giấy thấm
Kết quả tính toán sơ bộ cho thấy định mức sản xuất 1 tấn giấy thấm sử dụng để kiểm tra độ hút nước của giấy khoảng 53.037.170 đồng (Năm mươi ba triệu, không trăm ba mươi bảy nghìn, một trăm bảy mươi đồng). Chi phí tổng hợp được đánh giá cao. Nguyên nhân được đưa ra là sản xuất thí nghiệm với khối lượng nhỏ, quá trình sản xuất không tận dụng được tối đa về nguyên, nhiên vật liệu và năng lượng trong quá trình sản xuất.
Kết luận
Như vậy, về mặt khoa học, nghiên cứu đã đưa ra được điều kiện công nghệ sản xuất giấy thấm sử dụng để đo độ hút nước của giấy, sản phẩm thu được đạt đầy đủ chỉ tiêu ban đầu đưa ra. Kết quả nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển và hoàn thiện công nghệ sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm giấy Việt Nam và thế giới. Áp dụng nghiên cứu vào sản xuất thực tiễn ở quy mô lớn, tiến hành quảng bá, từng bước tiếp cận thị trường ngành giấy trong nước.
Tài liệu tham khảo
1) Ngô Văn Hữu và các cộng sự (2015), Nghiên cứu công nghệ sản xuất nanoxenlulo từ nguồn nguyên liệu gỗ cứng trong nước, Đề tài cấp Bộ.
2) Trần Hoài Nam và các cộng sự (2014), Nghiên cứu công nghệ sản xuất giấy in giản đồ, Đề tài cấp Bộ.
3) Nguyễn Thị Ngọc Bích (2010), Kỹ thuật Xenlulo và Giấy.
4) Hồ Sĩ Tráng (2012), Cơ sở hóa học gỗ và Xenluloza (Tập 1,2).
5) Thông tin tác giả: KS. Đào Sĩ Hinh, Trung tâm NC&PT Công nghệ, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylo, 59 Vũ Trọng Phụng – Phường Thanh Xuân Trung – Quận Thanh Xuân – Hà Nội/ Sđt :094 789 6333/ Email: hinh.daosi@ gmail.com.
| Với mục tiêu nghiên cứu tạo nên những dòng sản phẩm giấy đặc biệt, bên cạnh việc áp dụng công nghệ mới, việc cải tiến những công nghệ truyền thống nhằm giảm chi phí sản xuất, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu và nhắm đến các chỉ tiêu chất lượng riêng để tạo thuận lợi cho việc mua bán của các đơn vị trong nước, phục vụ các phân khúc khác nhau thì việc nghiên cứu và chế tạo giấy thấm sử dụng để kiểm tra độ hút nước cho giấy là rất cần thiết. |
KS. Đào Sĩ Hinh
Trung tâm NC&PTCN, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô
[Nguồn: Tạp chí Công nghiệp giấy, số 4 năm 2020]
