Dự án Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và các tông bao gói

lượng còn hạn chế và chưa thay thế được sản phẩm keo nhựa thông truyền thống. Viện CN Giấy và Xenluylô, năm 2005 – nơi đầu tiên đã thực hiện nghiên cứu công nghệ sản xuất loại keo nhựa thông biến tính này.Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bước nghiên cứu cơ bản: công nghệ biến tính colophan, công nghệ xút hóa colophan, xây dựng mô hình công nghệ - thiết bị... Về công nghệ biến tính, nhóm nghiên cứu đã khảo sát một loạt các hóa chất dùng cho biến tính colophan như các hợp chất iot (LiI, FeI2) và biến tính dựa trên phản ứng Diels – Alder. Kết quả cho thấy đối với sản phẩm khi biến tính bằng các hợp chất iôt có thể bảo quản ở dạng nhựa dẻo có hàm lượng chất khô 75%.Chất lượng nhựa thông biến tính hay ở dạng dung dịch sữa hóa rất ổn định do hạn chế được hiện tượng kết tinh của axit abiêtic, keo có khả năng hòa tan tốt ở nhiệt độ thường. Mặc dù vậy, các hợp chất từ iot rất đắt, độ ổn định thấp và hiệu quả gia keo của sản phẩm này chỉ tương đương với keo nhựa thông nấu theo phương pháp truyền thống (mức dùng 0,75% keo, độ hút nước Cobb60 của mẫu giấy bao gói đạt 27 – 28g/m2). Đối với quá trình biến tính dựa trên phản ứng Diels – Alder, kết quả cho rất khả quan.Nhóm nghiên cứu đã khảo sát một loạt các yếu tố công nghệ và đã lựa chọn được các điều kiện hợp lý cho quá trình biến tính: mức dùng tác nhân biến tính nhựa thông: 8% so với colophan, thời gian biến tính 2,5 giờ, nhiệt độ 1900C và độ hút nước của mẫu giấy bao gói đạt 17g/m2 và tốt hơn rất nhiều so với keo nhựa thông tryền thống (cùng mức dùng keo 0,75% KTĐ) nên đã được lựa chọn cho sản xuất thử nghiệm. Keo nhựa thông biến tính sau nấu có độ khô đạt 70 -75%, có màu cánh dán, độ nhớt vừa phải, tan tốt trong nước ấm, dễ sử dụng. I.4.2. Về thiết bị Sau khi nghiên cứu, ổn định công nghệ trong phòng thí nghiệm, nhóm đề tài đã thiết kế, đặt chế tạo, xây lắp 1 hệ thống pilot sản xuất keo nhựa thông biến tính công suất 200kg/ngày tại gian nhà kho cũ tại xưởng thực nghiệm của Viện. Sơ đồ dây chuyền được đưa ra trong hình 1.1. Quá trình vận hành: Nhựa thông được đập nhỏ được nạp vào nồi A, lò gia nhiệt 3 được đốt bằng than. Để khống chế nhiệt và hạn chế tác hại của nhiệt độ cao tới nồi nấu chảy và biến tính colophan, nồi được gia nhiệt ban đầu bằng dung dịch dầu gia nhiệt. Tuy nhiên do dầu không được tuần hoàn và tiếp xúc với nhiệt cao nên dầu bị nhiệt phân tạo thành các phân tử nhỏ bốc hơi lên phía trên tới giới hạn và tự bốc cháy sau vài mẻ nấu, do vậy vật liệu chuyền nhiệt sau đó được thay bằng cát thạch anh. Thời gian gia nhiệt cho khối vật liệu này rất lâu (khoảng 6 tiếng). Khối vật liệu này sau khi được gia nhiệt sẽ truyền nhiệt qua thành nồi làm nóng chảy colophan chứa trong nồi. Sau khi colophan nóng chảy hết, tiến hành khuấy trộn và nâng nhiệt độ (bằng cách cấp gió vào lò) khối colophan lên 1900C. Khi đạt nhiệt tiến hành bổ sung dần tác nhân biến tính nhựa thông, thời gian bổ sung là 15 phút (tránh hiện tượng trào khỏi miệng nồi). Thời gian biến tính là 2,5giờ tính từ khi bổ sung hết phụ gia biến tính. Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống nấu keo nhựa thông biến tính 200kg/ngày. A- Nồi biến tính colophan; B -Nồi xút hoá nhựa thông 1,5-Máy khuấy; 2-Vỏ nồi chứa vật liệu truyền nhiệt; 3-Lò đốt than; 4-Van cấp hơi; 6 –Van tháo sản phẩm;7-Van xả nước ngưng; 8-Van cấp nước sạch. Cửa lò Cửa lấy xỉ Quạt gió A 2 3 5 4 B 6 1 8 7 Trong khoảng thời gian chờ nóng chảy nhựa thông và biến tính colophan, mở van 8 lấy lượng nước sạch nhất định theo tính toán vào nồi xút hoá B, đảm bảo nồng độ keo sản phẩm đạt 75%. Bật khuấy 5, bổ sung từ từ NaOH (dạng vẩy) vào hoà tan đồng thời mở van hơi 4, cấp nhiệt và gia nhiệt dung dịch NaOH lên 900C. Kết thúc thời gian biến tính, mở van 6 tháo từ từ nhựa thông đã được biến tính vào nồi xà phòng hoá, quá trình này cần khuấy tốc độ cao đảm bảo sự phân tán và phản ứng xà phòng hoá diễn ra triệt để. Khi đã tháo hết nhựa, bắt đầu tính thời gian xà phòng hoá. Thời gian là 1,5 giờ. Kết thúc thời gian xà phòng hóa, tháo sản phẩm vào thùng, để nguội trước khi xuất xưởng. Tuy hệ thống thiết bị còn thô sơ, điều kiện sản xuất còn hạn chế nhưng từ tháng 2 năm 2006 đến giữa tháng 6 năm 2006, nhóm đề đã tổ chứa sản xuất được 4 đợt với sản lượng 8.170 kg keo thương phẩm. Kết quả phân tích và thử nghiệm cho thấy hiệu quả gia keo của sản phẩm thấp hơn khi tiến hành điều chế trong phòng thí nghiệm: cùng với mức dùng 0,75% độ hút nước cobb60 của giấy không đều giữa các mẻ, dao động trong khoảng 18 – 21g/m2. Mặc dù vậy chất lượng keo vẫn cao hơn nhiều so với sản phẩm keo truyền thống. Sản phẩm keo nhựa thông sản xuất ra đã được bán hết cho một số khách hàng như: Công ty Cổ phần Giấy Tây đô (Hà nội), Công ty Cổ phần giấyViệt Nhật (Bắc Ninh), Công ty TNHH giấy Bình Minh (Bắc Ninh), Công ty cổ phần Giấy Lửa ViệtNhìn chung sản phẩm của đề tài đã được các công ty chấp nhận về mặt chất lượng, giá cả hợp lý và sẵn sàng đặt mua lâu dài. I.4.3. Một số vấn đề còn tồn tại về công nghệ và thiết bị sản xuất 1. Về mặt công nghệ: Từ thực tế sản xuất cho thấy độ nhớt của sản phẩm còn khá cao (ở dạng dẻo) nên gây khó khăn cho quá trình thao tác đóng gói sản phẩm và quá trình sử dụng ở nhà máy. Keo để trên 30 ngày đã có hiện tượng kết tinh ở phía trên mặt thùng chứa. Do vậy để sản phẩm keo này có chỗ đứng trên thị trường thì nhất thiết cần phải: + Nghiên cứu, xử lý làm giảm độ nhớt của keo nhựa thông biến tính + Nghiên cứu nhằm nâng cao tính ổn định, ức chế quá trình kết tinh của sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản của keo. 2. Về thiết bị sản xuất: + Do gia nhiệt trực tiếp bằng lò than nên rất không an toàn về phòng chống hoả hoạn (đã từng xẩy ra bắt lửa cháy dầu ra nhiệt) + Quá trình nâng nhiệt cho cát thạch anh và khả năng truyền nhiệt cũng rất kém, thời gian nấu chảy và biến tính nhựa thong kéo dài (nóng chảy hết 50kg colophan mất 5 tiếng) + Vỏ chứa vật liệu gia nhiệt rất nhanh bị thủng đáy + Nhiệt độ biến tính không ổn định, khó khống chế (chủ yếu bằng cách cấp gió vào lò và lượng than trong lò) + Thiếu các thiết bị chuẩn bị hóa chất, phụ gia + Năng suất thấp: 200kg/ngày. + Điều kiện làm việc của công nhân độc hại do khói lò và hơi xút bốc ra (không có hệ thống quạt hút và độ cao cần thiết của ống khói), mọi công việc đều làm thủ công. Muốn khắc phục các hạn chế trên cần thiết phải có những nghiên cứu thêm và hoàn thiện công nghệ, thiết bị nhằm đáp ứng được chất lượng sản phẩm cũng như số lượng sản phẩm, tính ổn định và liên tục cho các cơ sở sản xuất giấy và các tông bao gói. Để hoàn thiện công nghệ - thiết bị, Viện CN Giấy –Xenluylô đã xây dựng và trình Bộ Công nghiệp xin thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính công suất 200 tấn/năm. I.4.4. Nội dung của dự án sản xuất thử nghiêm. Sau khi hội đồng thẩm định của Bộ Công nghiệp xem xét và đánh giá dự án có tính khả thi cao, Bộ Công nghiệp đã ký hợp đồng số 02.07.SXTN/HĐ-KHCN, ngày 16 tháng 01 năm 2007 với Viện CN Giấy và Xenluylô, giao cho Viện thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm “Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và cactông bao gói”, thời gian thực hiện là 2 năm (2007 - 2008). * Mục tiêu của dự án: 1. Mục tiêu trước mắt: Hoàn thiện công nghệ, hoàn thiện dây chuyền sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính công suất 200 tấn/năm với đầy đủ trang thiết bị phụ trợ. 2. Mục tiêu lâu dài: Tạo ra các thế hệ sản phẩm keo nhựa thông biến tính mang tính chất thương mại đáp ứng được yêu cầu của thị trường. Sản phẩm mang thương hiệu của Viện và là một trong các sản phẩm chủ đạo của Viện khi chuyển sang cơ chế tự trang trải kinh phí hoạt động. * Nội dung chính của dự án bao gồm 1. Nghiên cứu thị trường: + Khảo sát nhu cầu dùng keo chống thấm của các cơ sở sản xuất giấy và cáctông bao gói. + Tìm hiểu một số loại keo cùng loại trên thị trường + Khả năng cung cấp nguyên, nhiên vật liệu cho quá trình sản xuất 2. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ: + Nâng cao tính ổn định của keo nhựa thông biến tính trong quá trình bảo quản. + Giảm bớt độ nhớt của sản phẩm keo nhựa thông biến tính 3. Hoàn thiện dây chuyền sản xuất thử nghiệm công suất 200tấn/năm: + Xây dựng và sửa chữa 360m2 nhà xưởng. + Thiết kế chế tạo thiết bị nấu chảy, thiết bị phản ứng biến tính colophan với khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ. + Thiết kế các bể sữa hoá, bể chứa sản phẩm + Hệ thống phân tán áp lực + Hệ thống nồi hơi + Trang bị các thiết bị phụ trợ: cân, thiết bị nâng hạ, đóng gói + Sản xuất thử trên dây chuyền mới 150 tấn keo thành phẩm 4. Đào tạo - Đào tạo một đội ngũ cán bộ khoa học công nghệ (KHCN), công nhân hoàn toàn làm chủ được công nghệ và thiết bị của dự án: + Cán bộ KHCN: 04 + Công nhân: 06 PHẦN II: KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN II.1. THỊ TRƯỜNG KEO NHỰA THÔNG. Theo số liệu khảo sát cho thấy, tổng công suất các dây chuyền sản xuất giấy cáctông bao bì công nghiệp ở nước ta tại thời điểm cuối năm 2006 chiếm 47% tổng công suất giấy toàn ngành, đạt 549.300 tấn/năm [15]. Các sản phẩm chủ yếu gồm giấy duplex các loại (chủ yếu là duplex mặt vàng dùng cho lớp phẳng ngoài của cáctông sóng) 188.650 tấn/năm, cáctông sóng là 208.150 tấn/năm, giấy bao gói, kraft khoảng 152.500 tấn/năm. Tuy nhiên công suất giấy và cáctông bao bì công nghiệp lại chủ yếu tập trung tại khoảng 20 công ty có công suất từ 5.000 tấn/năm trở lên (chiếm tỷ lệ 80%). Tại hầu hết các doanh nghiệp chuyên sản xuất giấy và cáctông bao bì công nghiệp, nguyên liệu dùng cho sản xuất chủ yếu là OCC, bột kraft nhập ngoại và gia keo chống thấm cho giấy là keo nhựa thông như: Công ty TNHH Giấy An Bình 40.000 tấn/năm; Công ty TNHH giấy và giấy bao gói Phú Thọ 5.500 tấn/năm; Công ty TNHH Vạn Phát 38.500 tấn/năm; Công ty Giấy Xuân Đức 7.600 tấn/năm; Công ty Giấy Vĩnh Huê 8.000 tấn/năm; Công ty cổ phần Giấy Sông Lam 7.400 tấn/năm; Công ty TNHH giấy Bình Minh 10.000 tấn/năm; Công ty TNHH Tân Thành Đồng 8.000 tấn/năm; Công ty cổ phần Giấy Lam Sơn 7.000 tấn/năm; Công ty giấy bao bì Phú Giang 7.000 tấn/năm; Công ty cổ phần giấy Mục Sơn 15.000 tấn/năm; Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ 15.000 tấn/năm; Công ty Giấy Lửa Việt 5.000 tấn/năm và một loạt các cơ sở sản xuất nhỏ ở Bắc Ninh, thành phố Hồ Chí Minh sản xuất giấy bao bì công nghiệp đều sử dụng keo nhựa thông chống thấm cho giấy. Với tổng sản lượng giấy bao bì, cáctông bao gói trên nửa triệu tấn, hàng năm các cơ sở tiêu thụ khoảng 5.000 tấn keo nhựa thông và hầu hết các sản phẩm cáctông bao gói đều được gia keo bằng keo nhựa thông tự sản xuất theo phương pháp nấu thủ công, lạc hậu. Chất lượng keo nhìn chung không ổn định, chất lượng thấp, tiêu hao lớn và đặc biệt tính chủ động trong sản xuất thấp. Trong vài năm trở lại đây cũng đã xuất hiện một vài sản phẩm keo nhựa thông biến tính trên thị trường như: sản phẩm nhựa thông cường tính AM 70, nhựa thông phân tán AM 40 của công ty TNHH Đại Thịnh (công suất 1.000 tấn/năm), sản phẩm keo nhựa thông tăng cường FROSIN GD-70, keo NUESIZE GD -35 của Công ty TNHH SX Hóa Chất TMDV Gia Định. Mặc dù xuất hiện trên thị trường khá sớm, song tính tới thời điểm này các dòng sản phẩm này vẫn chưa thuyết phục, hấp dẫn được các nhà sản xuất giấy, cáctông bao gói. Sản phẩm tiêu thụ rất chậm rất ít các cơ sở sử dụng, nguyên nhân chủ yếu là hiệu quả gia keo không vượt trội so với keo truyền thống tự nấu, độ pH của keo còn cao, độ ổn định chưa cao và đặc biệt độ nhớt còn khá cao. Bên cạnh các sản phẩm trong nước còn xuất hiện một số sản phẩm nhập khẩu như: sản phẩm EKA CR M1718 của tập đoàn EKa – Thụy Điển do công ty TNHH Thuận Phát Hưng nhập khẩu và phân phối; Keo nhựa thông phân tán của hãng Hercules – Đài loan do công ty TNHH Tân Phú Cường nhập khẩu và phân phối, và một số các sản phẩm khác có nguồn gốc từ Trung Quốc. Một số khảo sát và thực nghiệm cho thấy các sản phẩm này thích hợp cho sản xuất giấy trắng hơn so với giấy bao bì sử dụng OCC và bột chưa tẩy [16] Với thực tế trên, sản phẩm keo nhựa thông của Viện CN Giấy và Xenluylô với công suất 200 tấn/năm hoàn toàn có khả năng thâm nhập, chiếm lĩnh thị trường và phát triển nếu chất lượng sản phẩm tốt, ổn định, đủ số lượng, hiệu quả gia keo tốt, giá cả cạnh tranh, công tác maketing và hỗ trợ bán hàng tốt. Với sản phẩm keo nhựa thông biến tính nguyên liệu chủ yếu là colophan loại tốt, xút (NaOH) công nghiệp và một lượng nhỏ các hóa chất phụ gia. Nhìn chung hầu hết các nguyên liệu đầu vào trong nước đều đáp ứng được. Thật vậy, nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi về trồng và khai thác nhựa thông. Theo số liệu của Bộ NN&PTNT, năm 2005 tổng diện tích rừng thông toàn quốc khoảng 194.721 ha với: Vùng Đông Bắc khoảng 77.015 ha; Vùng Tây Bắc khoảng 3.857 ha; Đồng bằng Bắc Bộ khoảng 3.066 ha; Vùng Duyên hải Trung Bộ 72.329 ha; Vùng Tây Nguyên khoảng 10.784 ha; Đông Nam Bộ khoảng 10.784 ha, trong đó diện tích trồng thông nhựa là 90.000 ha. Theo kết quả khảo sát và đánh giá của ngành lâm nghiệp, thì với diện tích 90.000 ha có thể đạt sản lượng 540.000 tấn nhựa trong điều kiện 100% diện tích thông nhựa đến tuổi khai thác.Tuy nhiên, sản lượng khai thác nước ta mới chỉ đạt 5% với giả thiết trên. Theo các chuyên gia kinh tế dự báo nếu phối hợp đồng bộ giữa các ngành liên quan với chính quyền địa phương trong việc quy hoạch, quản lý, trồng và khai thác nhựa thì những năm tới sản lượng khai thác nhựa có thể đạt trên 40.000 tấn/năm [nguồn VOV]. Hiện tại hàng năm, các cơ sở chế biến nhựa thông trong nước nới chỉ đáp ứng được khoảng 15.000 tấn/năm chủ yếu tập trung ở Quảng Ninh, Quảng Bình, Lạng Sơn, Hà Tĩnhtiêu biểu như các công ty: Xí nghiệp chế biến nhựa thông thuộc Công ty Lâm công nghiệp Long Địa – Quảng Bình; Công ty Cổ phần Trường Thịnh, Nghệ An (công suất 2.500 tấn colophan/năm); Công ty cổ phần Thông Quảng Ninh (dây chuyền mới 5.000 tấn/năm). Sản phẩm của các công ty này đủ tiêu chuẩn xuất khẩu sang các nước: Nhật bản, Hàn Quốc, Trung Quốc Phần nhựa dư còn lại chủ yếu được các lâm trường, người dân sơ chế biến thủ công và bán sản phẩm thô cho các lái thương xuất khẩu sang Trung Quốc. Với các số liệu trên cho thấy, hiện tại và trong tương lai nguồn nhựa thông cung cấp là rất sẵn và ổn định. Hiện tại colophan dùng cho sản xuất nhựa thông của dự án đều được mua của Công ty cổ phần Thông Quảng Ninh với chất lượng, số lượng luôn đảm bảo và ổn định. Các nguyên liệu khác như: xút (NaOH), các phụ gia khác đều có thể mua tìm mua dễ dàng trên thị trường trong nước với xuất xứ của Việt Nam hoặc Trung Quốc. II.2. HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ Mục tiêu: tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ nhằm giảm độ nhớt và hạn chế sự kết tinh của keo, kéo dài thời gian bảo quản và tính ổn định của sản phẩm II.2.1. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu * Nguyên liệu và hoá chất: + Colophan được mua trực tiếp tại nhà máy chế biến nhựa thông Quảng Ninh. Colophan có màu vàng sáng, tỷ trọng 1,08g/cm3, trị số axit 176 (lượng K2O tính theo mg cần thiết để trung hoà 1g colophan hoà tan trong etanol ở nhiệt độ thường). + Hóa chất dùng cho nghiên cứu: Trung Quốc + Nguyên liệu OCC nội (thu gom trong nước) được lấy từ nhà máy giấy Tây đô - Đại mỗ – Từ Liêm. *Thiết bị nghiên cứu - Máy đo pH, Hanal (Thuỷ Sỹ) - Cân phân tích (0,0001g), (EU) - Máy khuấy từ, (EU) - Tủ sấy, Heraeus (Đức) - Nồi nấu nhựa inox 1000ml - Máy khuấy trục đứng (Nhật) - Máy xeo Rapid thí nghiệm, PTI - Áo - Máy nghiền thí nghiệm Hà Lan 4,5l (Pháp) - Máy đo độ nghiền, PTI - Áo - Thiết bị đo độ Cobb60, (Nga) - Máy đo độ nhớt, (Đức) - Hệ thống sinh hàn, bếp điện - Lưới 325mesh đã biết trước khối lượng * Phương pháp nghiên cứu 1. Quá trình biến tính colophan Quá trình biến tính colophan được thực hiện trong bình phản ứng bằng inox dung tích 1000 l, có trang bị khuấy và gia nhiệt bằng bếp điện. Cân 200g Colophan chính xác tới 0,1g, đập nhỏ cho vào bình phản ứng, gia nhiệt cho tới khi nóng chảy hết, tiếp tục gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng theo từng quy trình. Bổ sung một lượng nhất định tác nhân biến tính vào dung dịch colophan. Gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng và bảo ôn ở nhiệt độ này theo quy trình đã chọn. Trong quá trình phản ứng tiến hành khuấy trộn, chú ý tránh trào bọt. Kết thúc thời gian biến tính, colophan được xà phòng hoá với dung dịch xút đặc ngay trong bình phản ứng. Quá trình xà phòng hoá phải khuấy trộn mạnh. Kết thúc thời gian xà phòng hoá, mẫu keo được làm nguội, để ổn định 24giờ trước khi đem xác định các tính chất hoá lý, khả năng gia keo cho giấy 2. Xác định độ nhớt của dung dịch keo. Mẫu nhựa thông sau khi được nấu theo các quy trình khác nhau được đem xác định độ nhớt. Quá trình được xác định độ nhớt được tiến hành theo phương pháp thử TCVN 2092-1993 (độ nhớt BZ4, đơn vị tính là giây (s)). 3. Phương pháp xác định độ kết tinh Độ kết tinh được tính là lượng chất rắn còn lại trên lưới 325mesh (đường kính lỗ lưới 45µm) của dung dịch keo sau khi xử lý và lọc ở các điều kiện tiêu chuẩn và được tính theo đơn vị ppm (phần triệu) so với lượng keo khô tuyệt đối ban đầu. Quy trình tiến hành được mô tả như sau: + Lưới 325mesh đã biết trước khối lượng + Cân 100g dung dịch keo đã biết trước nồng độ, độ chính xác tới 0,01g + Nước cất được chuẩn bị ở nhiệt độ 800C, thể tích 900ml + Hoà keo vào trong cốc 2l đã chứa nước cất, khuấy đều trong 5 phút sau đó lọc từ từ qua lưới 325mesh. Sau khi lọc xong tiến hành rửa nhiều lần lưới bằng nước ấm 600C. + Tiến hành sấy lưới có chứa lượng keo kết tinh đến khối lượng không đổi. + Cân khối lượng lưới và tính lượng keo đã kết tinh so với khối lượng keo đem thử. Đơn vị tính là ppm. 4. Chuẩn bị mẫu giấy thử nghiệm Để chuẩn bị các mẫu giấy thử nghiệm, OCC được làm sạch khỏi tạp chất như đinh gim, băng dán, được đánh tơi và nghiền đến 400SR trên máy nghiền Hà lan thí nghiệm. Keo nhựa thông được sữa hoá, hoà tan, pha loãng tới nồng độ 50g/lít bằng nước ấm (800C) và pha loãng bằng nước lạnh tới nồng độ 25g/l. Phèn nhôm được hoà tan bằng nước nóng tới nồng độ 100g/lít và pha loãng tiếp bằng nước lạnh tới 50g/l. Quá trình phối trộn keo nhựa thông (mức dùng keo 1% so với bột khô tuyệt đối) và phèn nhôm với bột giấy được thực hiện theo thứ tự: bột giấy – nhựa thông – phèn nhôm: lấy 10g dung dịch bột giấy nồng độ 2% cho vào cốc thuỷ tinh có thể tích 1000ml, lắp máy khuấy và khuấy trộn đều dung dịch bột giấy (tránh văng bột ra ngoài). Dùng pipét hút một lượng dung dịch keo nhất định và phối từ từ vào dung dịch bột. Khi đã cho hết keo, khuấy trộn đều trong vòng 5phút. Sau thời gian khuấy trộn keo nhựa thông với bột, bổ sung từ từ dung dịch phèn nhôm sao cho pH của hỗn hợp đạt 5,5. Khuấy đều tiếp 5 phút trước khi đem xeo trên máy xeo rapid. Mẫu giấy được xeo với định lượng70g/m2. Hiệu quả gia keo được đánh giá qua độ hút nước Cobb60 của giấy và xác định theo TCVN 6726-2000. II.2.2. Kết quả nghiên cứu hoàn thiện công nghệ Qúa trình điều chế keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và cáctông bao gói gồm 2 giai đoạn chính: + Biến tính colophan + Xà phòng hoá colophan để tạo thành keo nhựa thông (gọi tắt là quá trình xút hóa). Do quy trình xút hoá colophan đã được nghiên cứu nhiều và các điều kiện công nghệ này đã được xác lập nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu hoàn thiện của các yếu tố công nghệ trong giai đoạn biến tính colophan đến chất lượng của keo nhựa thông. Các yếu tố công nghệ được lựa chọn để nghiên cứu chủ yếu là phụ gia chống kết tinh và giảm độ nhớt của keo sau nấu. Mẫu colophan dùng cho thí nghiệm được đập nhỏ và bảo quản trong túi nilon. Kết quả xác định trị số axit và trị số xà phòng hoá cho thấy, để đạt được loại keo chứa hàm lượng nhựa tự do ≈ 0% như theo yêu cầu của sản phẩm dùng cho gia keo giấy và cactông bao gói thì mức dùng kiềm (NaOH) là 13,02% so với khối lượng colophan đem nấu. Nhằm mục đích so sánh và đánh giá hiệu quả gia keo với các loại keo nhựa thông biến tính, một mẫu nhựa thông nấu theo quy trình truyền thống đã được chuẩn bị. Bảng 2.1. Quy trình nấu nhựa thông thông thường Điều kiện công nghệ Đơn vị Giá trị Nhiệt độ nấu 0C 98 Tỷ dịch Tỷ lệ colophan/nước 1/3 Mức dung kiềm %NaOH so với colophan 13,02 Thời gian nấu giờ 3 Các kết quả nghiên cứu năm 2005 của Viện CN Giấy và Xenluylô đã chỉ ra, phản ứng cộng vòng Diels-Alder với tác nhân biến tính cho hiệu quả gia keo cao hơn các tác nhân khác và đã lựa chọn được quy trình phù hợp cho quá trình biến tính colophan: + Mức dùng tác nhân biến tính: 8% so với colophan + Nhiệt độ: 1900C + Thời gian: 2,5giờ. Colophan sau khi biến tính được xút hoá bởi dung dịch NaOH có nồng độ 100g/lít đã được gia nhiệt tới 980C. Quá trình xút hoá kéo dài 1,5giờ kèm theo là khuấy trộn mạnh (1500v/phút), bổ sung thêm nước nóng. Kết thúc quá trình xút hoá, keo nhựa thông được làm nguội. Sản phẩm cuối cùng có hàm lượng chất khô 75%. Nhựa thông đem sử dụng (thông thường và biến tính) được sữa hoá ở nhiệt độ 800C tới nồng độ 50g/l và pha loãng tiếp bằng nước lạnh tới nồng độ 25g/l trước khi đem sử dụng. Để đánh giá độ ổn định của keo nhựa thông biến tính một loạt các thí nghiệm đã được tiến hành. II.2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới chất lượng của keo nhựa thông biến tính. Mẫu keo biến tính được nấu theo quy trình đã nghiên cứu được, để nguội và đổ vào các hộp nhựa có nắp đậy kín. Cứ sau một số ngày nhất định đem keo ra kiểm tra hiệu quả gia keo. Kết quả thí nghiệm được đưa ra trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hiệu quả gia keo của keo nhựa thông biến tính. Thời gian bảo quản, ngày Độ hút nước Cobb60, g/m2 Cảm quan Độ kết tinh, ppm Sau 1 ngày 17 Keo có màu vàng, đồng nhất, dạng dẻo 0,00 Sau 10 ngày 17 nt 0,00 Sau 15 ngày 22 nt 50,00 Sau 20 ngày 24 Keo có màu vàng, có hiện tượng kết tinh trên bề mặt và cứng lại 250,00 Sau 25 ngày 27 nt 380,00 Sau 30 ngày 29 nt 420,00 Sau 35 ngày 34 nt 550,00 Sau 40 ngày 39 nt 650,00 Sau 45 ngày 45 nt 820,00 Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Từ kết quả được đưa trong bảng 2.2 cho thấy, sau 15 ngày keo đã có hiện tượng kết tinh làm cho keo phía trên cứng lại gây khó khăn cho quá trình hoà tan và gia keo, hiệu quả gia keo giảm mạnh (độ hút nước cobb60 tăng lên tới 45g/m2 khi thời gian bảo quản là 45 ngày). Các kết quả trên cho thấy, để thương mại hoá sản phẩm này bên cạnh đảm bảo chỉ tiêu về chất lượng thì cần phải giảm độ nhớt của sản phẩm và độ ổn định của keo phải dài. Như vậy nhất thiết cần phải sử dụng phụ gia làm giảm độ nhớt và ức chế xu hướng kết tinh của keo. II.2.2.2. Phụ gia giảm độ nhớt và chống kết tinh cho keo nhựa thông biến tính. Một loạt các thí nghiệm thăm dò với các hợp chất hữu cơ, vô cơ được tiến hành và đã chọn được một hợp chất tương đối phù hợp với hệ keo này. Hợp chất này có chứa gốc amoni có ký hiệu thương mại là AM, xuất xứ Trung Quốc. Phụ gia này được bổ sung với một hàm lượng nhất định vào thời điểm sau khi xút hoá. AM được hoà tan trong nước nóng (80-900C) với nồng độ 50%. Sau khi bổ sung, tiến hành khuấy trộn mạnh với tốc độ 1500v/phút trong 30phút ở nhiệt độ 900C. Kết thúc quá trình, sản phẩm được để nguội và đem xác định các tính chất của keo. a. Ảnh hưởng của AM tới thời gian bảo quản của keo nhựa thông biến tính Colophan sau khi được biến tính và xút hoá được bổ sung 5%AM so với lượng colophan sử dụng. Sản phẩm sau đó được đổ vào các lọ nhựa 150ml có nắp đậy kín và được bảo quản ở nhiệt độ phòng. Cứ sau một thời gian nhất định mang một mẫu keo ra trộn đều và đem xác định độ nhớt, hiệu quả gia keo. Các kết quả thí nghiệm được đưa ra trong bảng 2.3. Bảng 2.3. Ảnh hưởng của AM tới thời gian bảo quản và hiệu quả gia keo của keo nhựa thông biến tính. Thời gian bảo quản, ngày Độ hút nước Cobb60, g/m2 Độ nhớt BZ4, s Sau 01 ngày 17 40 Sau 10 ngày 17 40 Sau 20 ngày 17 40 Sau 30 ngày 18 42 Sau 40 ngày 18 43 Sau 50 ngày 18 43 Sau 60 ngày 19 44 Sau 90 ngày 19 45 Sau 120 ngày 20 45 Sau 150 ngày 21 45 Ghi chú: Mức dùng AM: 5%, nhiệt độ xử lý 900C, thời gian 30phút; hàm lượng chất khô của keo: 75%, mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Các kết quả thu được cho thấy, AM có tác dụng rất tốt làm ức chế quá trình kết tinh của nhựa thông biến tính làm cho độ nhớt của hệ keo ổn định và tăng lên không nhiều kể cả sau thời gian bảo quản 5 tháng. Hiệu quả gia keo của sản phẩm vẫn rất tốt và ổn định. Tuy nhiên theo các tài liệu tham khảo thì độ nhớt của hệ keo nằm trong khoảng 20 – 30s là tốt nhất. Với độ nhớt này, mặc dù ở nồng độ cao (75%) song sản phẩm rất loãng có thể múc và rót rất dễ dàng, thuận tiện cho quá trình chuẩn bị và gia keo trong quá trình sản xuất giấy. b. Ảnh hưởng của mức dùng AM tới độ nhớt của keo nhựa thông biến tính Để giảm độ nhớt của hệ keo một loạt các thí nghiệm với các mức dùng AM khác nhau đã được tiến hành. Kết quả được đưa ra trong bảng 2.4 Bảng 2.4. Ảnh hưởng mức dùng AM tới độ nhớt và hiệu quả gia keo của keo nhựa thông biến tính Độ hút nước Cobb60, g/m2 Độ nhớt BZ4, s Mức dùng AM, % Sau 120 ngày Sau 150 ngày Sau 120 ngày Sau 150 ngày 5 20 21 45 45 7 19 20 40 42 8 18 20 35 36 9 19 19 30 32 10 19 19 22 23 12 18 20 16 18 Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian 30phút; mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Từ kết quả đưa ra trong bảng 2.4 cho thấy, phụ gia AM không những không ảnh hưởng mà còn có tác dụng tích cực tới hiệu quả gia keo (độ hút nước Cobb60 vẫn ở mức 20 – 21g/m2) mặc dù thời gian bảo quản tới 150 ngày. Hơn thế nữa khi tăng mức dùng AM thì độ nhớt có xu hướng giảm và giảm rất nhanh khi mức dùng trên 10%. Mẫu keo sau 150 ngày bảo quản vẫn rất lỏng. Kết quả đo độ nhớt cho thấy với mức dùng 10% là thích hợp (độ nhớt BZ4 nằm trong khoảng 20 – 30s, phù hợp với các kết quả đã được công bố). c. Ảnh hưởng của AM tới nhiệt độ sữa hoá của keo nhựa thông biến tính Trên thực tế sản xuất, quá trình sữa hoá nhựa thông thường được tiến hành ở nhiệt độ 70-800C, ở nhiệt độ này cùng với quá trình khuấy trộn mạnh sẽ đảm bảo sự, hoà tan, phân tán keo tốt trước khi đem sử dụng. Tuy nhiên khi sữa hoá ở nhiệt độ càng cao thì sẽ phải tiêu tốn một lượng nhiệt được cấp từ hơi nước (trực tiếp hoặc gián tiếp) khá lớn nên xu hướng của các sản phẩm keo thế hệ mới là sữa hoá ở nhiệt độ thấp và pha loãng ở điều kiện môi trường. Theo các tài liệu thu thập được cùng với sự khuyến cáo của nhà sản xuất thì chế phẩm AM không chỉ có tác dụng làm giảm độ nhớt của keo mà hệ keo có thể sữa hoá ở nhiệt độ thấp.Để khẳng định cho các kết luận này một loạt các thử nghiệm sữa hoá keo ở các nhiệt độ khác nhau đã được thực hiện.Do chất lượng các mẫu keo đối chứng không đạt chất lượng sau thời gian bảo quản là 45 ngày nên khi tiến hành so sánh hai mẫu keo, các thí nghiệm chỉ so sánh ở 2 khoảng thời gian là sau 1 ngày và sau 45 ngày bảo quản, còn riêng đối với mẫu keo sử dụng AM sẽ khảo sát tiếp ở thời điểm sau 150 ngày. Các kết quả được đưa ra ở bảng 2.5 Bảng 2.5. Ảnh hưởng của AM tới nhiệt độ sữa hoá keo của keo nhựa thông Độ hút nước cobb60, g/m2 Độ hút nước cobb60, g/m2 Keo nấu sau 1 ngày nấu Keo nấu sau 45ngày nấu Nhiệt độ sữa hoá, 0C Mẫu đối chứng Mẫu dùng AM Mẫu đối chứng Mẫu dùng AM 80 17 17 45 18 70 17 17 46 18 60 19 17 48 18 50 20 17 52 18 40 25 17 55 20 30 49 38 65 40 Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian 30phút, mức dùng AM: 10% so với colophan; Nồng độ sữa hoá 100g/l;; Pha loãng tới 50g/l bằng nước ấm (500C, đối với mẫu có nhiệt độ sữa hoá 400C thì quá trình pha loãng cũng lấy bằng 400C), pha loãng tới 25g/l bằng nước lạnh; Mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Các kết quả đưa ra trong bảng 2.5 cho thấy, khi nhiệt độ sữa hoá giảm từ 800C xuống 300C thì hiệu quả gia keo của mẫu đối chứng giảm theo (độ cobb60 tăng từ 17g/m2 lên 49g/m2 ngay sau khi nấu 1 ngày và 45g/m2 lên 65g/m2 sau khi bảo quản 45 ngày) điều này cho thấy mẫu keo đối chứng rất khó sữa hoá ở nhiệt độ thấp. Ngược lại trong khoảng nhiệt độ 800C – 500C, tại 2 thời điểm khảo sát thì hiệu quả gia keo của keo nhựa thông biến tính gần như không đổi. Khi tiếp tục giảm nhiệt độ xuống 400C thì hiệu quả gia keo bắt đầu giảm điều này do các hạt keo chưa được hoà tan hết, kích thước hạt lớn, khả năng phân tán thấp. Các kết quả trên cho phép chọn nhiệt độ sữa hoá của keo biến tính là: 500C. Để khẳng định kết quả này, một mẫu keo sử dụng AM được bảo quản sau 150 ngày cũng đã được tiến hành, kết quả cho thấy, tại nhiệt độ sữa hoá 500C, keo vẫn hoà tan tốt, hiệu quả gia keo không có biến đổi nhiều (độ hút nước cobb60 19,5g/m2 so với 19,0g/m2 khi sữa hoá ở 800C). Điều này cho phép tiết kiệm nhiệt lượng cho quá trình chuẩn bị keo. d. Nghiên cứu giảm độ kết tinh cho keo nhựa thông biến tính Từ các kết quả thu được ở trên cho phép kết luận: chế phẩm AM thực sự hữu ích trong quá trình điều chế keo nhựa thông nó không chỉ giảm độ nhớt của dung dịch keo mà còn giúp giữ ổn định hiệu quả gia keo trong một khoảng thời gian dài. Mặc dù vậy một yếu tố cũng rất quan trọng trong quá trình gia keo là hàm lượng keo bị kết tinh, nó ít nhiều cũng ảnh hưởng tới hiệu quả gia keo, song ảnh hưởng lớn nhất là sự bám dính, làm bẩn chăn lưới, các trục ép gây khó khăn trong quá trình sản xuất giấy. Để xác định hàm lượng keo bị kết tinh, một loạt các thí nghiệm đã được tiến hành đối với các mẫu keo có sử dụng AM. Các kết quả được đưa ra trong bảng 2.6 Bảng 2.6 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới độ kết tinh và hiệu quả gia keo của keo nhựa thông Thời gian bảo quản, ngày Độ hút nước Cobb60, g/m2 Độ kết tinh, ppm Sau 01 ngày 17 0,00 Sau 10 ngày 17 0,00 Sau 20 ngày 17 50,00 Sau 30 ngày 18 150,00 Sau 40 ngày 18 210,00 Sau 50 ngày 18 250,00 Sau 60 ngày 19 490,00 Sau 90 ngày 19 610,00 Sau 120 ngày 20 850,00 Sau 150 ngày 21 1200,00 Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian 30phút, mức dùng AM: 10% so với colophan; Nồng độ sữa hoá 100g/l và pha loãng tới 50g/l bằng nước ấm (500C), pha loãng tới 25g/l bằng nước lạnh; Mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Từ các kết quả được đưa trong bảng 2.6 cho thấy mặc dù hiệu quả gia keo vẫn cao song cũng đã có một lượng keo đã có xu hướng kết tinh và lượng này càng tăng khi thời gian bảo quản tăng. Do vậy để đảm bảo keo không bị kết tinh, kéo dài thời gian bảo quản nhất thiết cần phải sử dụng chất ức chế kết tinh. Tham khảo các tài liệu, công trình được công bố [1,2,4] thì focmandehyt là một hoá chất có thể làm ức chế quá trình kết tinh của nhựa thông. Tuỳ từng loại nhựa thông mà mức dùng khác nhau. Quy trình sử dụng [4]: + Nhiệt độ: 180 – 1900C + Thời gian xử lý: 2,0giờ + Hoá chất phụ trợ: axit paratoluensulfomic: 0,3% so với colophan Hai loại hoá chất này được thêm vào giai đoạn biến tính nhựa thông khi thời gian tiến hành được 0,5giờ (thời gian biến tính là 2,5giờ). Kết quả nghiên cứu được đưa trong bảng 2.7 Bảng 2.7. Ảnh hưởng của mức dùng focmandehyt tới độ kết tinh và hiệu quả gia keo của keo nhựa thông Độ hút nước Cobb60 g/m2 sau Độ kết tinh, ppm: sau Mức dùng focmandehyt so với colophon, % 60 ngày 90 ngày 120 ngày 150 ngày 60 ngày 90 ngày 120 ngày 150 ngày 0,8 19 19 20 21 250 370 420 550 1,0 18 19 21 21 220 320 360 420 1,2 19 19 21 21 72 90 100 105 1,4 19 18 21 21 75 93 100 104 1,6 19 19 21 22 74 95 105 106 Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%, điều kiện xử lý AM: nhiệt độ xử lý 900C, thời gian 30phút, mức dùng AM: 10% so với colophan; Nồng độ sữa hoá 100g/l và pha loãng tới 50g/l bằng nước ấm (500C), pha loãng tới 25g/l bằng nước lạnh; Mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Từ kết quả trên cho thấy, phụ gia này không ảnh hưởng tới hiệu quả gia keo mà còn giảm lượng kết tinh xuống rất thấp ≈ 100ppm – một lượng rất nhỏ, với hàm lượng này mức độ ảnh hưởng tới chăn lưới, trục ép, bề mặt sản phẩm là không đáng kể [2]. Mức dùng hợp lý của phụ gia này là 1,2% so với lượng colophan. Kết luận: Từ các kết quả nghiên cứu cho phép rút ra quy trình sản xuất keo nhựa thông biến tính có độ nhớt thấp và độ ổn định cao: *Quy trình biến tính colophan: + Mức dùng tác nhân biến tính: 8% so với colophan + Nhiệt độ: 1900C + Thời gian: 2,5giờ. * Quy trình xử lý chống kết tinh + Mức dùng focmandehyt: 1,2% + Mức dùng axit paratoluensulfomic: 0,3% + Thời gian bổ sung: sau 0,5 giờ biến tính nhựa thông *Quy trình xút hoá: + Mức dùng NaOH: 13,02% + Thời gian xút hoá: 1,5giờ + Nhiệt độ xút hoá: 900C *Phụ gia giảm độ nhớt và ức chế sự kết tinh + Mức dùng AM: 10% so với colophan + Thời điểm bổ sung: sau thời gian xút hoá + Thời gian xử lý: 30 phút + Nhiệt độ: 900C Hàm lượng chất khô cuối cùng của sản phẩm keo là 75%. Quy trình trên được áp dụng cho dây chuyền thử nghiệm 200 tấn/năm được thiết kế, chế tạo và xây lắp tại xưởng thực nghiệm của Viện II.3. HOÀN THIỆN VÀ XÂY LẮP DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ Toàn bộ hệ thống keo cũ được dỡ bỏ, chỉ giữ lại hai thiết bị: nồi nấu keo, nồi xút hóa. Hai thiết bị này được cải tiến, sửa chữa và dùng cho dây chuyền mới. Dây chuyền nhựa thông 200 tấn/năm được thiết kế dựa trên cơ sở công nghệ đã được hoàn thiện, đảm bảo chất lượng sản phẩm, sản lượng, thao tác thuận tiện, cải thiện điều kiện làm việc và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nhóm dự án đã thiết kế, đặt chế tạo và chế tạo, mua sắm thiết bị, xây lắp các hạng mục của dây chuyền bao gồm: + Xây dựng và sửa chữa 360m2 nhà xưởng (phần cuối nhà xeo khô của Viện): Nhà xây gạch, khung thép tiền chế, mái lợp tôn, cửa sổ xen hoa sắt – cửa lắp kính. + Cải tạo nồi xút hoá cũ thành thiết bị nấu chảy và biến tính colophan dung tích 750 lít gồm: máy khuấy, bộ phận gia nhiệt (gia nhiệt bằng các thanh điện trở xung quanh nồi nấu), bộ phận đo, khống chế nhiệt tự động. + 01 thiết bị xút hoá dung tích 1500lít: máy khuấy, bộ phận gia nhiệt (gia nhiệt gián tiếp bằng hơi nước, nồi 2 vỏ), bộ phận đo, khống chế nhiệt tự động + 02 thiết bị pha phụ gia dung tích 300lít (gia nhiệt bằng ống xoắn ruột gà) + 01 hệ thống nồi hơi gồm: nồi hơi 1 tấn/giờ, hệ thống đường ống dẫn hơi và nước ngưng, đồng hồ hơi, van an toàn, van cóc xả nước ngưng + 01 hệ thống nước sạch cấp tới các thiết bị. + 01 hệ thống quạt hút, khử mùi công suất 14.000m3/g: bao gồm chụp hút, quạt hút + 01 hệ thống palăng điện dùng cho việc vận chuyển nguyên, phụ liệu lên sàn thao tác gồm: day trượt, palăng điện + 01 hệ thống điện động lực bao gồm: tủ điện; dây động lực tới các động cơ, thiết bị gia nhiệt. Ngoài ra còn hệ thống điện chiếu sang + Các thiết bị cứu hỏa: bình hóa chất cứu hỏa + Hệ thống chứa trung gian và đóng gói sản phẩm vào các thùng chứa nhựa 180kg/thùng Toàn bộ các thiết bị được lắp đặt trên 1 dàn thao tác cao 2m được thiết kế vững trãi bằng thép U200 đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định, an toàn. Phần nền nhà phía dưới sàn được láng vữa xi măng cát, xây hệ thống thoát nước sàn. Sơ đồ dây chuyền các thiết bị chính được trình bầy trên hình 2.1 Quá trình vận hành: Nhựa thông được đập nhỏ, nạp vào nồi biến tính colophan B.Song song vói quá trình nạp nhựa bật hệ thống gia nhiệt gián tiếp bằng các thanh điện trở được bố trí xung quanh thành và đáy nồi nhằm làm nóng chảy nhựa thông. Khi nhựa thông đã nóng chảy hết và đạt nhiệt độ 190 – 2000C tiến hành bổ sung từ từ lượng hóa chất biến tính trong 15 phút, bật khuấy 7 với tốc độ đảm bảo khối phản ứng không bị trào. Khi đã cho hết hóa chất biến tính, bắt đầu tính thời gian biến tính. Sau khi biến tính được 0,5giờ tiến hành bổ sung focmandehyt và axit paratoluensulfomic. Tiếp tục duy trì nhiệt độ này thêm 2,0 giờ nữa trước khi tháo xuống nồi xút hoá Hình 2.1.Sơ đồ công nghệ hệ thống nấu keo nhựa thông biến tính công suất 200 tấn/năm A-Thùng hoà phụ gia; B-Nồi biến tính colophan (gia nhiệt bằng điện); C-Nồi xút hoá nhựa thông;1,2-Van cấp hơi nước; 3-Van cấp phụ gia; 4-Van tháo nhựa thông đã biến tính; 5-Van tháo sản phẩm; 6,7,8 – Máy khuấy; 9,10-Van cấp nước sạch A B C 1 3 4 5 2 6 7 8 Nc ngng Hơi nước 9 10 . Trong khoảng thời gian chờ nóng chảy nhựa thống và biến tính colophan, mở van 10 lấy lượng nước sạch nhất định theo tính toán vào nồi xút hoá C, đảm bảo nồng độ keo sản phẩm đạt 75%. Bật khuấy 8, bổ sung từ từ NaOH (dạng vẩy) vào hoà tan đồng thời mở van hơi 4, cấp nhiệt và gia nhiệt dung dịch NaOH lên 900C. Phụ gia AM cũng được hoà tan trong thiết bị A với nồng độ 50% và được gia nhiệt bằng hệ thống ống xoắn ruột gà tới 900C. Kết thúc thời gian biến tính, mở van 4 tháo từ từ nhựa thông đã được biến tính vào nồi xút hoá, quá trình này cần khuấy tốc độ cao đảm bảo sự phân tán và phản ứng xà phòng hoá diễn ra triệt để. Khi đã tháo hết nhựa, bắt đầu tính thời gian xút hoá. Thời gian xút hoá là 1,5 giờ. Khi kết thúc thời gian xút hoá mở van 3, thêm từ từ lượng phụ gia AM. Quá trình này cần khuấy mạnh. Thời gian xử lý bằng phụ gia tiến hành trong 30 phút. Nhiệt độ của quá trình xút hoá và xử lý bằng phụ gia cần được bảo ôn ở 900C – 950C. Sản phẩm được tháo qua van 5 vào thùng trung gian hoặc vào các thùng nhựa có dung tích 160l. Khi keo nguội, đóng nắp và đai kín, xuất xưởng. Công suất mỗi mẻ keo là 1 tấn/mẻ. II.4. SẢN XUẤT THỰC NGHIỆM Quy trình sản xuất: *Quy trình biến tính colophan: + Mức dùng tác nhân biến tính: 8% so với colophan + Nhiệt độ: 1900C + Thời gian: 2,5giờ. *Quy trình xử lý chống kết tinh: + Mức dùng focmandehyt: 1,2% + Mức dùng axit paratoluensulfomic: 0,3% + Thời gian bổ sung: sau 0,5 giờ biến tính nhựa thông *Quy trình xút hoá: + Mức dùng NaOH: 13,02% + Thời gian xút hoá: 1,5giờ + Nhiệt độ xút hoá: 900C * Phụ gia giảm độ nhớt và ức chế kết tinh: + Mức dùng AM: 10% so với colophan + Thời điểm bổ sung: sau thời gian xút hoá + Thời gian xử lý: 30 phút + Nhiệt độ : 900C Hàm lượng chất khô cuối cùng của sản phẩm keo cuối cùng là 75%. II.4.1. Sản xuất thử nghiệm năm 2007. Sau khi hoàn thiện dây chuyền, đã tiến hành nấu thử nghiệm 3 đợt, mỗi đợt 1tấn keo vào : đợt 1: 15/10/2007; đợt 2: 15/11/2007; đợt 3: 30/11/2007. Riêng đối với đợt 2, do bị hở đường hơi bảo ôn van 6 nên nước ngưng chảy vào nồi B (ban đầu nồi được gia nhiệt bằng hơi quá nhiệt, sau bộ phận gia nhiệt thay bằng điện trở ) nên không nâng được nhiệt độ lên cao. Mẻ nấu này phải dừng để sửa chữa (nhựa thông được tháo ra (để nguội vẫn dùng lại được). Chất lượng keo được đưa ra trong bảng 2.8 Bảng 2.8. Chất lượng keo qua 3 đợt sản xuất thử nghiệm - 2007. Độ hút nước Cobb60, g/m2 Độ nhớt BZ4, s Thời gian bảo quản Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Sau 1 ngày 20 - 19 20 - 20 Sau 15 ngày 20 - 19 20 - 21 Sau 30 ngày 20 - 19 22 - 20 Sau 45 ngày 21 - - 23 - - Sau 60 ngày 23 - - 23 - - Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%; mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ Do thời gian không cho phép nên các thử nghiệm mới chỉ dừng ở mấu keo bảo quản lâu nhất là 60 ngày (các mẫu keo sẽ vẫn được kiểm tra trong thời gian tới với các thời gian bảo quản dài hơn: sau 90, 120, 150 ngày). Nhìn chung chất lượng keo khá tốt, song vẫn kém hơn các giá trị của mẫu nấu trong phòng thí nghiệm do còn một số hạn chế trong quá trình tiến hành chủ yếu về mặt thiết bị: + Thiết bị gia nhiệt đun chảy nhựa thông ở nồi B công suất chưa đủ lớn làm cho thời nấu chảy nhựa thông kéo dài: trên 6 tiếng, nhiệt độ biến tính không đạt, không ổn định chỉ đạt 160 -1800C nên ít nhiều ảnh hưởng tới quá trình biến tính. Điều này nhận rõ nhất là: màu sắc của keo sẫm hơn, hiệu quả gia keo giảm (độ hút nước tăng từ 17g/m2 lên 20g/m2 ngay sau khi nấu 1 ngày). Do vậy cần cải tiến hệ thống gia nhiệt, chuyển sang phương án gia nhiệt mới hiệu quả hơn. + Các nồi nấu chưa có nắp đậy nên mất nhiệt nên cần chế tạo các nắp đậy. Mặc dù vậy chất lượng keo vẫn nằm trong khoảng cho phép đối với gia keo cho giấy và cactông bao gói (độ hút nước cobb60 <30g/m2), nên nhóm thực hiện dự án vẫn đem thử cả hai mẫu keo (thời điểm sau 30 ngày bảo quản đối với mẫu 3 và 45 ngày đối với mẫu 1) trên dây chuyền sản xuất cactông của Cty Giấy Lam Sơn – Thanh Hoá. Điều kiện công nghệ: - Mức dùng nhựa thông: 0,75% so với bột KTĐ - pH: 5,0 - Quá trình chuẩn bị dung dịch keo: tương tự như trong phần thí nghiệm - Định lượng giấy: 150g/m2 - Sản lượng giấy thành phẩm: 5tấn - Các điều kiện khác: Theo quy trình hiện tại của Cty Các mẫu giấy được lấy: sau khi máy chạy ổn định được 15 phút bắt đầu lấy mẫu. Các mẫu lấy cách nhau 30 phút. Tiến hành đo độ hút nước của các mẫu giấy theo TCVN 6728 – 2000. Kết quả cho thấy: Độ hút nước Cobb60 của các mẫu đều đạt 23,5 g/m2 và được nhà máy đánh giá là keo có chất lượng tốt. II.4.2. Sản xuất thử nghiệm năm 2008. Đúc rút kinh nghiệm từ các kết quả chạy thử trong năm 2007, để nâng cao chất lượng cũng như công suất của dây chuyền, nhóm dự án đã có những thay đổi về mặt công nghệ và thiết bị: - Phần lớn dây chuyền được giữ nguyên, phần cải tiến chủ yếu là hệ thống gia nhiệt của nồi đun chảy. Thiết bị này được chuyển đổi sang gia nhiệt gián tiếp bằng điện điện trở nhằm làm giảm thời gian làm nóng chảy nhựa thông, đảm bảo nhiệt độ biến tính nhựa thông ở nhiệt độ cao. - Ngoài ra, cũng tiến hành sửa chữa, thay thế, bảo dưỡng các van hơi, cải tiến thêm hệ thống chụp hút mùi và hơi từ quá trình sản xuất - Sơ đồ dây chuyền được đưa ra trong hình 2.1. - Sau khi hoàn thiện dây chuyền, đã tiến hành sản xuất thêm 2 đợt thử nghiệm nữa. Các đợt thử nghiệm được tiến hành vào: + Đợt I: vào ngày 10/4 – 11/4/2008 với sản lượng keo thành phẩm là 2 tấn + Đợt II: vào ngày 28/4 - 29/4/2008 với sản lượng keo thành phẩm là 1,5 tấn. Nhìn chung hai đợt sản xuất do công nhân và các cán bộ kỹ thuật đã đúc rút được nhiều kinh nghiệm của 3 đợt trước và thiết bị được thay thế, bố trí lại hợp lý nên quá trình sản xuất diễn ra rất thuận lợi, không có sự cố nào xẩy ra. Sản phẩm keo sau khi sản xuất về cảm quan: có màu cánh gián, dung dịch đồng nhất, độ nhớt thấp, pH đạt 9 -10. Các chỉ tiêu chất lượng được đưa ra trong bảng 2.9 Bảng 2.9. Chất lượng keo qua 2 đợt sản xuất thử nghiệm - 2008. Thời gian Độ kết tinh, ppm Độ hút nước Cobb60, g/m2 Độ nhớt BZ4, s Đợt 1 Đợt 2 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 1 Đợt 2 Sau 1 ngày 0 0 17 17 20 20 Sau 15 ngày 40 37 17 18 20 20 Sau 30 ngày 55 54 19 19 21 21 Sau 45 ngày 70 72 19 19 21 22 Sau 60 ngày 73 73 20 20 22 22 Ghi chú: Hàm lượng chất khô của keo: 75%; mức dùng keo 1,0% so với bột giấy KTĐ, keo sau khi được sản xuất được giữ lại để kiểm định, phần còn lại được bán cho cơ sở sản xuất. Từ các kết quả trên cho thấy, chất lượng của sản phẩm ngày càng ổn định, chất lượng được nâng cao, đạt công suất thiết kế. Toàn bộ sản phẩm của 2 đợt chạy thử đã được bán cho Công ty cổ phần Giấy Lam Sơn, dùng cho sản xuất giấy các tông duplex. Kết quả phản hồi của công ty cho thấy: keo dễ sử dụng, hiệu quả gia keo tốt, mức dùng hợp lý, giá cả cạnh tranh. Hầu hết các mẫu giấy của công ty khi sử dụng đều đạt độ hút nước Cobb60 từ 22 - 23 g/m2. Sau hai đợt sản xuất thử nghiệm, Viện đã chính thức thành lập một tổ chuyên sản xuất keo nhựa thông.Tuy nhiên do sản phẩm được đưa ra thị trường giữa lúc tình hình kinh tế gặp rất nhiều khó khăn, nhiều cơ sở sản xuất phải giảm công suất, có nơi phải đóng cửa nên mặc dù rất cố gắng phát triển thị trường, quảng bá sản phẩm song tính tới thời điểm này dự án mới sản xuất và tiêu thụ thêm được: 20 tấn sản phẩm. II.4.3. Thị trường tiêu thụ sản phẩm Phần lớn sản phẩm của dự án cung cấp cho một số cơ sở sản xuất trong Thanh hóa, Hải phòng, Bắc NinhDanh sách một số khách hàng được đưa trong bảng 2.10. Bảng 2.10. Danh sách một số khách hàng chính STT Tên doanh nghiệp Số lượng, tấn 1 Công ty Cổ phần Giấy Lam Sơn 13,398 2 Công ty Đông Á 2,46 3 Công ty Cổ phần Thiên Chiều 1,631 4 Công ty Cổ phần Tiến Thành 1,68 5 Công ty Cổ phần kiến tạo Sức Sống 0,18 6 Hợp tác xã Cổ phần Việt Nhật 1,15 Tổng 20,501 Theo đánh giá của các cơ sở sản xuất, chất lượng keo của dự án: + Dễ sử dụng, khả năng bảo quản tốt + Hiệu quả gia keo tốt, mức dùng hợp lý, giảm lượng phèn khi gia keo + Giá cả hợp lý, công tác hậu mãi tốt III.5 .ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ DỰ ÁN 1. Về công nghệ và thiết bị: -Về công nghệ: đã nghiên cứu, hiệu chỉnh và hoàn thiệt công nghệ sản xuất keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và các tông bao gói. - Về thiết bị: đã thiết kế, đặt chế tạo và chế tạo, xây lắp hoàn thiện dây chuyền sản xuất keo nhựa thông biến tính công suất 1 tấn/ngày (khoảng 300 tấn/năm) vượt yêu cầu công suất của dự án. Dây chuyền có tính thương mại hóa cao. - Về đào tạo: đã đào tạo được 4 cán bộ kỹ thuật nắm vững, làm chủ quy trình công nghệ và dây chuyền sản xuất. Đào tạo được 6 công nhân kỹ thuật vận hành dây chuyền, đáp ứng được yêu cầu sản xuất. - Về sản phẩm: được khách hàng đánh giá tốt, thuận tiện trong sử dụng, giá cả hợp lý và hiệu quả gia keo tốt, mức dùng thấp giúp doanh nghiệp giảm chi phí giá thành sản phẩm giấy, đặc biệt trong giai đoạn khó khăn của ngành giấy nói riêng và nền kinh tế trong nước nói chung. 2. Thị trường tiêu thụ Nhìn chung thị trường còn rất nhiều tiềm năng cho sản phẩm của dự án phát triển, mở rộng và chiếm lĩnh thị phần 3. Một số tồn tại cần khắc phục - Phát triển và nâng cao hơn nữa công tác thị trường: tiếp thị bán hàng, công tác hậu mãi và chăm sóc khách hàng - Cần không ngừng nghiên cứu, cải tiến và cho ra các thế hệ keo mới: tan được trong nước lạnh, giảm mức dùng xút hơn nữa - Cần quảng bá sản phẩm hơn nữa trên các thông tin đại chúng như: quảng cáo trên các tạp chí công nghiệp, tạp chí chuyên ngành, các trang Web liên quan KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dự án đã nghiên cứu hoàn thiện được quy trình công nghệ sản xuất keo nhựa thông biến tính đạt chất lượng cao. Kết quả nghiên cứu cho phép rút ra quy trình sản xuất nhựa thông biến tính như sau: *Quy trình biến tính colophan: + Mức dùng tác nhân biến tính: 8% so với colophan + Nhiệt độ: 1900C + Thời gian: 2,5giờ. * Quy trình xử lý chống kết tinh: + Mức dùng focmandehyt: 1,2% + Mức dùng axit paratoluensulfomic: 0,3% + Thời gian bổ sung: sau 0,5 giờ biến tính nhựa thông *Quy trình xút hoá: + Mức dùng NaOH: 13,02% + Thời gian xút hoá: 1,5giờ + Nhiệt độ xút hoá: 900C *Phụ gia giảm độ nhớt và hỗ trợ ức chế kết tinh: + Mức dùng AM: 10% so với colophan + Thời điểm bổ sung: sau thời gian xút hoá + Thời gian xử lý: 30 phút + Nhiệt độ : 900C Đã thiết kế, đặt chế tạo, chế tạo và xây lắp dây chuyền sản xuất keo nhựa thông biến tính công suất trên 200tấn/năm. Sản xuất và tiêu thụ được trên 20 tấn keo. Tuy nhiên do điều kiện khách quan và tình trạng khó khăn chung của ngành giấy nên sản lượng sản xuất và tiêu thụ thấp dẫn tới doanh thu còn khiêm tốn, hiệu quả kinh doanh chưa đáng kể. Kiến nghị: Do điều kiện nền kinh tế thế giới suy thoái nên các doanh xuất khẩu trong nước như may mặc, thủy sản, nông sản gặp rất nhiều khó khăn. Với những khó khăn đó kéo theo các doanh nghiệp sản xuất giấy, đặc biệt là các doanh nghiệp sản xuất giấy bao gói, hòm hộp cac tông không tiêu thụ được sản phẩm, sản xuất bị đình trệ, nhiều nhà máy phải đóng cửa do lãi suất ngân hàng cao, nguyên nhiên vật liệu đầu vào cao. Viện công nghiệp Giấy và Xenluylô, một thành viên trong ngành giấy cũng không tránh khỏi bị ảnh hưởng, sản phẩm nhựa thông sản xuất ra tiêu thụ rất chậm. Với những khó khăn do điều kiện khách quan và chủ quan đem lại, kính đề nghị Bộ Công Thương cho phép được kéo dài thời hạn trả nợ của dự án. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Leo Neimo, Papermaking Chemistry, vol 4 Papermaking Science and Technology Series, Tappi Press, 1999. [2] J.M GESS, The sizing of paper with rosin and alum at acid pH, Paper Chemistry, trang 100 [3] Hoàng Quốc Lâm, “Nghiên cứu sản xuất keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và các tông bao gói”, Hà Nội 6/2006. [4] Đinh Ngọc Ninh, Kinh nghiệm sử dụng nhựa thông trong môi trường trung tính,Tạp chí Công Nghiệp Giấy, Hiệp Hội Giấy Việt Nam – Tổng Công Ty Giấy Việt Nam, 9/2001. [5] US Patent No: 5147503. [6] US Patent No: 5175250. [7] US Patent No: 6087318. [8] US Patent No: 2000 41275581 [9] Japan Patent No:JP 4155 [11] Michael Schwarz, Design of recycled fiber processes for different paper and board grades in Recycled fiber and deinking, Tappi press 2000: Trang 211- 238. [12]. Patrick Sundhold, Mill operation in production of main paper and board grades, in Papermaking part 1, Stock Preparation And Wet End, Tappi press 2000: Trang 12. [13] Tổng cục tiêu chuẩn Việt Nam, Chỉ tiêu cơ lý giấy bao gói, TCVN 7063:2002, 2002. [14] Tổng Cục Tiêu chuẩn Việt Nam, Giấy và Các Tông xác định độ hút nước – phương pháp Cobb, TCVN 6728:2000, 19/12/2000. [15] Nguyễn Kim Huệ và các cộng sự - 2007, “Nghiên cứu áp dụng các giải pháp công nghệ và thiết bị để nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu giấy loại OCC cho sản xuất bột giấy”, Báo cáo đề tài cấp bộ năm -2007 [16] Hy Tuấn Anh và các cộng sự - 2007, (Nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia keo giấy và các tông bao gói sản xuất từ giấy loại OCC bằng keo nhựa thông biên tính), Báo cáo đề tài cấp bộ năm -2007.