Tài liệu ảnh hưởng của chất độn caco3 đến các đặc tính của giấy in tại công ty giấy tân mai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘN CaCO3 ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CỦA GIẤY IN TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI Họ và tên sinh viên: TRẦN ĐÔNG ÂU Nghành: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY – BỘT GIẤY Niên khóa: 2004 - 2009 Tháng 02/2009 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘN CaCO3 ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CỦA GIẤY IN TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI Tác giả TRẦN ĐÔNG ÂU Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư Ngành Công Nghệ Sản Xuất Giấy & Bột Giấy Giáo viên hướng dẫn: Th.S. VÕ QUỐC LẬP Tháng 02/2009   i    LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn: - Toàn thể quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại nhà trường. - Thầy Võ Quốc Lập người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. - Ban giám đốc và toàn thể anh chị cán bộ công nhân viên của Công ty cổ phần Giấy Tân Mai đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt khoảng thời gian thực tập tại công ty. - Và sau hết, xin dành lời cảm ơn chân thành đến người thân, gia đình là động lực thúc đẩy cho tôi, để tôi luôn cố gắng và phấn đấu hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình. Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 06 tháng 02 năm 2009 Thực hiện Trần Đông Âu   ii    TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến các đặc tính của giấy in tại công ty giấy Tân Mai”. Mục đích của việc nghiên cứu này là kiểm nghiệm lại những kiến thức đã học về chất độn sử dụng trong ngành giấy, đặc biệt là chất độn CaCO3, thông qua những ảnh hưởng của nó đến các đặc tính của giấy. Ở đây áp dụng cho giấy in, một trong những loại giấy phổ biến sử dụng chất độn. Vì vậy những thí nghiệm sẽ được tiến hành với mức sử dụng chất độn CaCO3 dựa trên mức dùng tại công ty giấy Tân Mai nhưng sẽ được thí nghiệm với nhiều mức dùng khác nhau, để từ đó ta sẽ rút ra được những kết luận về cách sử dụng chất độn CaCO3 như thế nào cho hợp lý, loại giấy nào nên sử dụng nó và mức dùng là bao nhiêu để mang lại hiệu quả tốt nhất. Đồng thời qua đó đánh giá được chất độn tác động như thế nào đến các đặc tính của giấy in.   iii    MỤC LỤC Trang Trang tựa.......................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii TÓM TẮT...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... vii DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii DANH SÁCH CÁC HÌNH........................................................................................... iix CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề.................................................................................................................1 1.2. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................2 1.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ......................................................................................2 1.4. Giới hạn của đề tài....................................................................................................2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .........................................................................................3 2.1. Lịch sử của việc sử dụng chất độn trong nghành giấy .............................................3 2.2. Vài nét tổng quan về chất độn ..................................................................................3 2.2.1. Các loại chất độn thường dùng trong nghành giấy.............................................4 2.2.1.1. Hệ thống hóa các loại chất độn .....................................................................4 2.2.1.2. Cao lanh (đất sét, cao lanh)...........................................................................5 2.2.1.3. TiO2 ...............................................................................................................6 2.2.1.4. Talcum ..........................................................................................................6 2.2.1.5. Chất độn, bột màu tổng hợp và hữu cơ.........................................................6 2.2.1.6. CaCO3 (GCC, PCC). .....................................................................................7 2.2.2. Ưu nhược điểm của chất độn ..............................................................................9 2.2.2.1.Ưu điểm..........................................................................................................9 2.2.2.2. Nhược điểm...................................................................................................9 2.2.3. Những đặc tính hữu dụng của chất độn trong nghành giấy..............................10 2.2.3.1. Ảnh hưởng của chất độn đến giấy ..............................................................10 2.2.3.2. Lý do của việc sử dụng chất độn trong giấy ...............................................11   iv    2.2.3.3. Những loại giấy sử dụng chất độn ..............................................................11 2.2.3.4. Phương pháp cho chất độn vào giấy ...........................................................12 2.2.3.5. Liều lượng chất độn cho vào giấy...............................................................13 2.2.4. Những yêu cầu về những tính năng đối với chất độn.......................................14 2.2.4.1. Độ trắng cao................................................................................................14 2.2.4.2. Hệ số khúc xạ ánh sáng cao ........................................................................15 2.2.4.3. Kích cỡ hạt tối ưu........................................................................................16 2.2.4.4. Độ rắn thấp và không có tạp chất bẩn.........................................................18 2.2.4.5. Không hòa tan trong nước và chậm phản ứng với hóa chất .......................18 2.2.4.6. Khả năng bảo lưu cực tốt trên băng giấy ....................................................19 2.2.4.7. Khối lượng riêng thấp .................................................................................19 2.2.4.8. Thấm hút mực in tốt....................................................................................19 2.2.4.9. Tạo ra tờ giấy có bề mặt tốt ........................................................................19 2.3. Cấu trúc của giấy và sự cần thiết của chất độn.......................................................20 2.3.1. Cấu trúc của giấy ..............................................................................................20 2.3.1.1. Giới thiệu về cấu trúc của giấy ...................................................................20 2.3.1.2. Sự tạo thành cấu trúc của tấm giấy .............................................................21 2.3.2. Chất độn và khả năng bù trừ khiếm khuyết trong sự bao phủ bề mặt ..............22 2.3.3. Giới thiệu tổng quan về giấy in ........................................................................23 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU .........................26 3.1. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................26 3.2. Phương pháp nguyên cứu .......................................................................................26 3.2.1. Kiểm tra chất lượng của chất độn CaCO3.........................................................26 3.2.2. Xác định độ khô tuyệt đối các loại bột .............................................................28 3.2.3. Phối trộn bột .....................................................................................................29 3.2.4. Mức dùng các chất phụ gia cho vào trong mẫu ................................................29 3.3.5. Xeo tờ handsheet để kiểm tra các đặc tính của giấy.........................................30 3.3.6. Xác định độ bảo lưu của chất độn CaCO3 trên tờ mẫu handsheet....................33 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN..................................................................37 4.1. Ảnh hưởng của chất độn đến tính cơ lý của giấy ...................................................37   v    4.1.1. Độ bền kéo ........................................................................................................38 4.1.2. Độ bền xé ..........................................................................................................40 4.2. Ảnh hưởng của chất độn đến tính thể tích và bề mặt của giấy...............................41 4.2.1. Độ xốp của giấy ................................................................................................41 4.2.2. Độ thấm mực của giấy ......................................................................................43 4.3. Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất quang học của giấy...................................44 4.3.1. Độ đục của giấy ................................................................................................45 4.3.2. Độ trắng của giấy..............................................................................................46 4.4. Một số kết luận .......................................................................................................47 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................50 5.1. Kết luận...................................................................................................................50 5.2. Kiến nghị ................................................................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................52   vi    KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT   CTMP Chemi-Thermo-mechanical pulp LBKP Latifoliate Bleached Kraft Pulp NBKP Northern Bleached Kraft Pulp GCC Ground Calcium Carbonate PCC Precipitated Calcium Carbonate ISO Internetional Standardization Organization Mesh Lổ lưới Nordic Bắc Âu CND Canada Southern Phương nam Topas Đá hoàng ngọc AKD Alkyl keten Dimer Felspar Tràng thạch Talcum Đá tan Acacia Cây keo lai Filler Chất độn Pigment Bột màu KTĐ Khô tuyệt đối TD Thớ dài TN Thớ ngắn L&W Lorenzent & Wettre TB Trung bình PK435 Chất trợ bảo lưu NP882 Chất trợ bảo lưu   vii   DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Giá bột giấy giao dịch tại các khu vực trên thế giới tháng 05/2008. ..............2 Bảng 2.1: Liệt kê một vài loại chất độn đang được sử dụng phổ biến hiện nay. ............5 Bảng 2.2: Thể hiện hệ số tán xạ ánh sáng s và hệ số hấp thụ k của một vài loại bột và chất độn.....................................................................................................................11 Bảng 2.3: Thể hiện một vài chỉ số về mức chất độn cho vào những loại giấy khác nhau.......................................................................................................................12 Bảng 2.4: Mô tả hệ số phản xạ toàn phần về những chỉ số của những vật liệu thích hợp ......................................................................................................................155 Bảng 2.5: Thang đo của Moh về độ cứng tương đối của các khoáng chất .................188 Bảng 3.1: Tiêu chuẩn chất lượng CaCO3 ....................................................................288 Bảng 3.2: Mức dùng các chất phụ gia cho vào trong giấy in tại công ty Giấy Tân Mai...............................................................................................................299 Bảng 4.1: Những giá trị tương ứng về định lượng, chiều dài đứt và độ bền kéo của tờ mẫu handsheet ..................................................................................................388 Bảng 4.2: Những giá trị tương ứng về định lượng và độ bền xé của tờ mẫu handsheet .............................................................................................................400 Bảng 4.3: Các giá trị về định lượng, độ dày, độ chặt và độ xốp của các tờ mẫu handsheet .....................................................................................................................422 Bảng 4.4: Các giá trị về định lượng và độ thấm dầu của các tờ mẫu handsheet........433 Bảng 4.5: Giá trị của các loại bột tương ứng với 6g bột KTĐ và độn sau khi được tính...............................................................................................................455 Bảng 4.6: Những giá trị tương ứng về độ đục của các tờ mẫu handsheet...................455 Bảng 4.7: Những giá trị tương ứng về độ trắng đo được của các tờ mẫu handsheet. 466 Bảng 4.8: Các giá trị về khối lượng mẫu trước khi nung, khối lượng độn, khối lượng bột, khối lượng mẫu sau khi nung và khối lượng tro của các tờ mẫu handsheet. .......477 Bảng 4.9: Các giá trị về độ bảo lưu của chất độn CaCO3 trên tờ mẫu handsheet. .....477     viii   DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Chất độn Cao lanh ...........................................................................................5 Hình 2.2. Chất độn TiO2 ..................................................................................................6 Hình 2.3. Chất độn CaCO3 ..............................................................................................7 Hình 2.4. Hình phóng đại của PCC và GCC ...................................................................8 Hình 2.5. Các hình dạng phóng đại của chất độn CaCO3 ...............................................9 Hình 2.6. Hình phóng đại của xơ sợi.............................................................................20 Hinh 2.7. Hình phóng đại của bề mặt tờ giấy................................................................20 Hình 3.1. Bình hút ẩm ...................................................................................................35 Hình 3.2. Cân điện tử.....................................................................................................35 Hình 3.3. Rây 300mesh .................................................................................................35 Hình 3.4. Chất độn CaCO3 ............................................................................................35 Hình 3.5. Tủ sấy mẫu ....................................................................................................35 Hình 3.6. Máy nghiền Hà Lan .......................................................................................35 Hình 3.7. Mấy quậy bột tiêu chuẩn ...............................................................................36 Hình 3.8. Máy đo độ SR................................................................................................36 Hình 3.9. Máy quậy bột thô...........................................................................................36 Hình 3.10. Máy sấy nhanh.............................................................................................36 Hình 3.11. Các bình đựng mẫu......................................................................................36 Hình 3.12. Máy ép tờ handsheet....................................................................................36 Hình 3.13. Máy xeo tờ handsheet..................................................................................37 Hình 3.14. Ống đong 1 lít..............................................................................................37 Hình 3.15. Các xô đựng mẫu bột...................................................................................37 Hình 3.16. Mẫu bột CTMP............................................................................................37 Hình 3.17. Mẫu bột hóa thớ dài.....................................................................................37 Hình 3.18. Mẫu bột hóa thớ ngắn..................................................................................37 Hình 4.1. Máy đo độ bền kéo điện tử ............................................................................38 Hình 4.2. Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến CĐĐ của các tờ mẫu handsheet .........39   ix    Hình 4.3. Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ bền kéo của các tờ mẫu handsheet ...........................................................................................................39 Hình 4.4. Máy đo độ bền xé điện tử ..............................................................................40 Hình 4.5. Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ bền xé của các tờ mẫu handsheet ..............................................................................................................41 Hình 4.6. Máy đo độ dày điện tử...................................................................................41 Hình 4.7. Ảnh hưởng của chất độn đến độ chặt và độ xốp của các tờ mẫu handsheet ..........................................................................................................42 Hình 4.8. Máy đo độ thấm dầu ......................................................................................43 Hình 4.9. Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ thấm dầu của các tờ mẫu handsheet .....................................................................................................................44 Hình 4.10. Phễu lọc chân không ...................................................................................44 Hình 4.11. Giấy lọc ......................................................................................................44 Hình 4.12. Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ đục của các tờ mẫu handsheet .......................................................................................................................45 Hình 4.13. Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ trắng của các tờ mẫu handsheet ...............................................................................................................46 Hình 4.14. Tủ sấy cốc....................................................................................................47 Hình 4.15. Cốc và bình hút ẩm......................................................................................47 Hình 4.16. Khả năng bảo lưu của chất độn CaCO3 trên các tờ mẫu handsheet ............48   x    Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Sau khi gia nhập tổ chức thương mại (WTO), nền kinh tế nước ta đang đứng trước những thách thức và cơ hội vô cùng to lớn, chúng ta phải chấp nhận sự cạnh tranh mạnh mẽ đến từ các quốc gia trên thế giới nhưng đồng thời đó cũng là động lực thúc đẩy nền kinh tế nước ta đi lên. Với một nền công nghiệp vốn lạc hậu của đất nước ta sẽ gặp vô vàng khó khăn và nghành công nghiệp giấy là một ví dụ điển hình, vì thế để có thể đứng vững trước những áp lực cao đó, nền công nghiệp nước ta cần phải từng bước thích nghi và đổi mới. Trong đó việc đổi mới công nghệ là một trong những yếu tố quan trọng nhất, đối với nghành giấy cũng vậy điều mà rất cần thiết và bức xúc với tình hình hiện nay đó là nghành giấy của chúng ta gần như đóng băng, vì giấy của chúng ta có giá thành cao hơn mà chất lượng lại còn thấp so với các nước trên thế giới nên rất nhiều nhà máy đang lâm vào cảnh trì trệ. Để khắc phục được điều đó nghành giấy cần phải cải tiến từng bước nhiều yếu tố công nghệ, một trong những yếu tố công nghệ được nói đến không thể thiếu ở đây là những chất phụ gia cho vào giấy. Và chất phụ gia được nhắc đến là những loại chất độn, với mục đích khi gia vào trong giấy để giảm giá thành (vì giá bột giấy thì cao hơn so với giá của chất độn), bên cạnh đó nó còn giúp cải tiến những đặc tính của giấy như độ trắng, độ đục, độ chặt, khả năng thấm mực in… Ngày nay chất độn đã được sử dụng rộng rãi trong ngành giấy vì những đặc tính ưu việt và lợi ích kinh tế cao của nó mang lại. Một điều rất quan trọng là không phải loại giấy nào cũng cần bổ sung chất độn và đừng vì lợi ích kinh tế cao của nó mà dùng quá nhiều, nó phải được sử dụng trong một mức giới hạn nào đó, vì khi sử dụng chất độn không hợp lý và không đúng loại giấy thì gây ra những mặt tiêu cực như làm giảm đi các đặc tính quan trọng cần có của một loại giấy mà nó còn gây ra sự lãng phí. Chẳng hạn như giấy carton không cần độ trắng mà chỉ cần các độ bền cơ lý cao thì không cần bổ sung chất độn, còn những loại giấy như cần độ trắng cao như giấy in,   1    giấy viết thì rất cần. Vì vậy đề tài này sẽ cho chúng ta một cách nhìn tổng quát về chất độn, để từ đó tận dụng một cách hiệu quả những ưu điểm mà nó mang lại. 1.2. Mục tiêu của đề tài Với việc sử dụng các mức dùng chất độn CaCO3 khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến các đặc tính của giấy in qua đó rút ra với khoảng dùng chất độn bao nhiêu là hợp lý để vừa mang lại chất lượng cao cho giấy và vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao. 1.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đối với những loại giấy có sử dụng chất độn thì việc sử dụng nó đúng phương pháp và đúng liều lượng sẽ mang lại cho giấy những đặc tính nổi trội không những thế nó còn đem lại hiệu quả kinh tế cao đây là điều quan trọng nhất. Hiện tại nghành giấy trong nước của chúng ta đang gặp rất nhiều khó khăn do giá giấy của chúng ta cao hơn các nước trên thế giới. Do đó để tăng sự cạnh tranh thì phải giảm giá thành, muốn thực hiện được điều này thì cần có nhiều yếu tố đóng góp tạo nên. Trong đó chất độn là một phần không thể thiếu, vì bột giấy có giá thành cao hơn chất độn nên khi cho nó vào giấy sẽ làm giảm lượng bột để tạo nên tờ giấy do đó sẽ làm giảm giá thành sản phẩm. Bảng 1.1: Giá bột giấy giao dịch tại các khu vực trên thế giới tháng 05/2008. (Đơn vị: USD/tấn) Tại Châu Âu Tại Mỹ Tại Trung Quốc - Asia Tháng 05/ 2008 Bột NBKS (Nordic/Canada) Bột Southern (USA) 920 890 Bột NBSK (Canada) Bột Southern (USA) 880 840 Bột NBSK (Canada) Bột Acacia (Indo) 770 780 (Phòng Thị trường tổng hợp-Nguồn Pulp Watch) 1.4. Giới hạn của đề tài Vì đề tài được tiến hành thí nghiệm trong 2 tháng nên còn rất nhiều hạn chế thêm vào đó điều kiện làm tại phòng thí nghiệm còn nhiều thiếu thốn nên có một số vấn đề của đề tài chưa được thực hiện. Một điều đặc biệt nữa là khả năng bảo lưu của chất độn CaCO3, đây là một yếu tố rất quan trọng quyết định chất lượng của giấy vì chất độn bảo lưu tốt trên giấy sẽ tạo nên tờ giấy có chất lượng tốt và ngược lại. Nên khi tiến hành thí nghiệm trên tờ handsheet trong phòng thí nghiệm thì khả năng bảo lưu sẽ không đạt hiệu quả như mong muốn như trong sản xuất thực tế.   2    Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Lịch sử của việc sử dụng chất độn trong nghành giấy Chất độn đã được sử dụng trong ngành giấy cách đây 2000 năm ở Trung Quốc. lý do chính của việc sử dụng chất độn là vì tính kinh tế của nó, chất độn từ khoáng sản tự nhiên thì rẻ hơn xơ sợi. Theo người cổ xưa ở Trung Quốc cho chất độn vào giấy được xem là một hình thức gian lận và có thể bị truy tố. Thời gian trôi qua, có một điều đã được khám phá là một vài chất độn có thể cải tiến một số đặc tính hữu dụng của giấy viết và giấy in, nó giúp cải tiến chất lượng đồng thời đồng thời góp phần giảm giá thành của giấy. Hơn thế nữa hiện nay chất độn đã khẳng định được chức năng quan trọng của nó. Thuật ngữ “chất độn” có thể được gọi để phân biệt, chỉ mục tiêu của nó là lấp đầy các lỗ hỗng trong tờ giấy. Như điều vừa nêu ở trên, thì nó đã được đơn giản hóa. Chất độn có thể được xem như một loại bột màu trắng cho vào trong tờ giấy. Sự khác biệt tên gọi giữa “ filler” và “pigment” trong ngành giấy thì được gọi một cách tùy thích. Chất độn là một nguồn nguyên liệu được sử dụng rộng rãi làm chất phụ gia trong ngành giấy, được đánh giá có một giá trị và chất lượng rất quan trọng. Lượng chất độn tiêu tốn hàng năm trong ngành công nghiệp giấy là khoảng 10 triệu tấn trên thế giới. Chất độn được cho vào giấy thường sẽ là những khoáng chất mịn, đa số nó được khai thác từ các khoáng sản tự nhiên, tuy nhiên có vài loại đặc biệt là nhân tạo. Nguyên liệu tự nhiên sau đó sẽ đuợc nghiền mịn theo nhiều cách khác nhau. Trong suốt những năm gần đây có một vài loại chất độn hữu cơ đã được sử dụng trên thị trường, dựa vào nguồn nguyên liệu chính là polymer. Trong nhiều trường hợp thì nguyên liệu nhân tạo đắt hơn nguyên liệu tự nhiên và thường được gọi là bột màu. Không có sự khác biệt rõ ràng giữa những nguyên liệu được gọi là chất độn và những chất phụ gia cho vào trong giấy. 2.2. Vài nét tổng quan về chất độn Trên toàn thế giới, có hơn 50 triệu tấn chất độn với tổng giá trị xấp xỉ 25 tỷ euro đã được sử dụng hàng năm trong nhiều ứng dụng của nhiều lĩnh vực chẳng hạn như   3    giấy, chất dẻo, cao su, sơn và keo dán. Chất độn là những khoáng chất, vô cơ bột màu trắng, không tan trong nước, chúng thường là những chất khoáng có sẵn trong tự nhiên như bột đá vôi (CaCO3), đất sét (cao lanh Al2O3.SiO2), bột talc, hoặc bột nhân tạo như dioxit titan,…Chất độn, được sản xuất bởi hơn 700 công ty trên toàn cầu, là một loại nguyên liệu thô rất quan trọng và có chứa trong nhiều loại thực phẩm cung cấp cho nhu cầu hàng ngày của người tiêu dùng. Trước kia, chất độn thường được dùng cho những sản phẩm rẻ tiền. Ngày nay, nó đã được nhận ra là cũng có thể cải tiến những đặc tính kỹ thuật của sản phẩm. Theo như một kết quả, một trong những đặc tính điển hình tối ưu của chất độn là kích thước hạt nano hoặc khả năng xử lý bề mặt cho sản phẩm đã được ứng dụng. Giữa 20 loại chất độn quan trọng nhất, CaCO3 chiếm số lượng lớn nhất trên thị trường đã được sử dụng chủ yếu vào nghành công nghiệp giấy và nghành công nghiệp chất dẻo. Một xu hướng khác có thể được thấy là có sự chuyển đổi một phần thị trường chất độn từ Bắc Mỹ và châu Âu sang châu Á, đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ. Có một vài lý do về sự phát triển này, nhưng có 2 yếu tố chính có thể được nhấn mạnh ở đây là: Thứ nhất, ở những nước phát triển có lượng mỏ CaCO3 dồi dào được khai thác nhiều nên giá của chất độn thấp. Thứ hai, những nghành công nghiệp sản xuất những sản phẩm giấy, cao su và chất dẻo đã được chuyển đổi từ những nước có nghành công nghiệp phát triển sang những quốc gia có nguồn nhân công rẻ. Nhu cầu chất độn ngày một tăng không chỉ ở các quốc gia châu Á mà còn ở các nước xuất khẩu như Châu Âu và Bắc Mỹ. Toàn bộ thị trường chất độn thì được kỳ vọng sẽ tăng trưởng với mức trung bình khoảng 3% trên năm đạt 74 triệu tấn (khoảng 48 tỷ euro) đến năm 2016 bởi vì tất cả những thị trường quan trọng đều có khuynh hướng tăng trưởng và tỷ lệ phần trăm chất độn trong các sản phẩm sẽ tăng lên ngày càng lớn mạnh. 2.2.1. Các loại chất độn thường dùng trong nghành giấy 2.2.1.1. Hệ thống hóa các loại chất độn Nhiều loại nguyên liệu được nhắc đến trong nghành công nghiệp giấy như chất độn là một điển hình. Tuy nhiên chỉ có một ít là được sử dụng rộng rãi, và sẽ được xem xét ở đây. Nguyên liệu chất độn đã được hệ thống theo nhiều cách. Cách phổ biến nhất mà đơn giản là phân biệt giữa loại tự nhiên và tổng hợp, tức là dựa vào nguồn gốc   4    xuất xứ của chúng. Có một vài loại cũng có cả tự nhiên và tổng hợp. Những chất độn tự nhiên thì được sản xuất từ các quặng khoáng chất sau đó được nghiền, làm sạch và cuối cùng là nghiền tinh trước khi được xuất đi. Có một số loại chất độn tự nhiên hơi bẩn và do đó độ trắng thấp hơn các chất độn nhân tạo nên chúng sẽ rẻ hơn. Bảng 2.1: Liệt kê một vài loại chất độn đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Chất độn Khối lượng Độ cứng, riêng, thang đo g/cm3 Moh 1.56 2.6 2 – 2.5 70 - 90 1.57 2.6 – 2.8 1 – 1.5 2-6 85 - 95 1.49 – 1.66 2.7 3 – 4.5 16 – 18 92 1.56 2.7 2 - 97.5 2.55 3.9 3–4 - 97 2.70 4.2 5.5 - 6 Diện tích bề Độ mặt riêng trắng, m/g2 ISO 5-8 70 - 90 6–7 Chỉ số khúc xạ, η Tự nhiên Cao lanh, Al2O3.2SiO2.H2O Talcum, 3MgO.4SiO2.H2O CaCO3, đá vôi, đá hoa cương Nhân tạo Cao lanh được sử lý với nhiệt độ TiO2 - Anatas - Rutil 2.2.1.2. Cao lanh (đất sét, cao lanh) Cao lanh là một loại chất độn tự nhiên, hình thành do sự phong hóa của mỏ đá spat. Mỏ đá spat thông thường tồn tại có sự kết hợp của mica và SiO2, và do đó chính 2 thành phần này làm bẩn hợp chất Cao lanh. Một vài thuận lợi tương quan có được từ Cao lanh - Giá cả hợp lý - Độ trắng tương đối cao   Hình 2.1: Chất độn Cao lanh 5    - Bền trong môi trường hóa học - Độ rắn thấp - Tỷ trọng vừa phải - Hạt có dạng đĩa nên có diện tích bề mặt riêng lớn và hệ số tán xạ cực tốt - Khả năng thấm mực và có độ bền màu mực tốt Một nhược điểm của Cao lanh là hệ số khúc xạ rất gần với Cellulose (1.56 và 1.53) 2.2.1.3. TiO2 TiO2 xuất hiện ở 3 dạng tinh thể: anatas, rutil và brookit, nó có một đặc tính đặc biệt vừa là chất độn và vừa là bột màu, có hệ số khúc xạ cao. Nguyên liệu này chỉ có thể tổng hợp và công đoạn sản xuất rât phức tạp do đó nó rất đắt. Tuy nhiên lượng tiêu thụ của nó mở rộng rất nhanh. Từ bảng 2.1 có một điều chú ý là TiO2 có tỷ trọng và độ cứng cao nên gây Hình 2.2: Chất độn TiO2 ra những bất lợi rất đáng quan tâm. 2.2.1.4. Talcum Talcum là một loại chất độn đã được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong giấy tạp chí. Nguyên liệu này có mối tương quan rất gần với Cao lanh, có cấu trúc phân tử đồng dạng. Tuy nhiên có một vài điểm khác nhau: Talc thì xốp hơn, không thấm nước và ưa dầu. Những thuận lợi của nguyên liệu này là bảo lưu ban đầu cao, giảm khoảng trống, và hao mòn thấp. Lượng talc chứa trong giấy có khả năng thấm hút mực rất tốt tuy nhiên đây cũng có thể là vấn gây ra hiện tượng bong tróc đồng thời độ trắng của talc thì hơi thấp. 2.2.1.5. Chất độn, bột màu tổng hợp và hữu cơ. Trong những năm gần đây, lượng chất độn nhân tạo dựa trên việc tổng hợp đã được phát triển và tiếp thị. Chúng có ưu điểm là được điều chỉnh sao cho phù hợp với mục đích sử dụng cuối cùng hoặc tùy theo yêu cầu. Tuy nhiên nó cũng có những đặc tính không tốt và không kinh tế so với các nguyên liệu độn vô cơ điều mà làm giảm động lực để thúc đẩy phát triển loại nguyên liệu này. Tuy nhiên những nguyên liệu   6    độn vô cơ thường có hình dạng không đồng nhất, và kích thước các hạt phân bố lớn. Còn chất độn hữu cơ dễ điều chỉnh được hình dạng nên có kích thước hạt rất đồng đều. Trọng lượng riêng thấp là yếu tố chính làm cho nguyên liệu này đặc biệt phù hợp cho giấy điều mà rất cần cho giấy có định lượng thấp kết hợp với độ đục cao và đồng đều. 2.2.1.6. CaCO3, gồm có bột đá vôi nghiền GCC (bột đá vôi, bột đá phấn, bột đá hoa cương) và bột đá vôi kết tủa PCC. Như được biết, chất CaCO3 có một số đặc tính ưu việt và một bất lợi to lớn là chúng không bền trong môi trường pH (pH = 4.5 – 5) khi trong quá trình sản xuất giấy có sử dụng phèn nhôm (Al2(SO4)3) làm chất bảo lưu, giống như gia keo nhựa thông. CaCO3 có một số ưu điểm hơn so với cao lanh như giá thành thấp hơn, độ trắng cao hơn và độ bền giảm thấp hơn trong tờ giấy trên một đơn vị khối lượng. Một ưu điểm khác của CaCO3 là làm trung hòa các chất acid trong giấy, vì chính những chất acid này sẽ tiếp tục phát triển khi tờ giấy đã thành phẩm dẫn đến làm Hình 2.3: Chất độn CaCO3 giảm chất lượng của tờ giấy. Từ năm 1980, đã có một sự gia tăng mạnh mẽ về việc sử dụng CaCO3 như nguồn chất độn trong giấy. Lý do chính rất rõ ràng là lượng dùng chất độn có thể được tăng lên mà vẫn mang lại hiệu quả bằng sự chuyển đổi CaCO3 thay cho Cao lanh. Thêm vào đó CaCO3 còn có giá thành thấp hơn, nên khi dùng sẽ tiết kiệm được chi phí từ việc chuyển đổi nguyên liệu này. Khi sử dụng CaCO3 phải thực hiện trong môi trường trung tính tức là phải chuyển đổi môi trường gia keo acid (phèn nhôm, nhựa thông) thành gia keo trung tính. Công đoạn gia keo trung tính đã được phát triển vào khoảng những năm 1960 nhưng công đoạn này thì phức tạp và khó khăn hơn gia keo bằng nhựa thông, vì thế khi sử dụng CaCO3 trong phương pháp gia keo trung tính thì trở nên rất dễ dàng và mang lại những hiệu quả tích cực cho ngành công nghiệp giấy. Trên thế giới việc sản xuất   7    những sản phẩm giấy cao cấp được phát triển một cách nhanh chóng là nhờ vào sự chuyển đổi nguyên liệu khi dùng chất độn CaCO3, chính điều này làm tăng lượng chất độn trong nhiều loại giấy. Không giống như Cao lanh, có rất nhiều khoáng sản có chứa hàm lượng CaCO3 chất lượng cao ở nhiều nước trên thế giới. Trong số các nước đó thì Na Uy là nước rất giàu về những loại nguyên liệu này. CaCO3 tự nhiên thường có độ tinh khuyết và độ trắng rất cao. Nó thì hơi cứng hơn Cao lanh. Đá vôi nghiền thì có hình dạng các hạt hơi khác so với Cao lanh. Hình dạng các hạt của CaCO3 thì không giống nhau, giống như đá sau khi nghiền. Kích cỡ của các hạt chất độn có ý nghĩa thật sự, nó ảnh hưởng đến các tính chất của giấy. Phân biệt giữa GCC và PCC Về thành phần hóa học, thì chúng giống nhau. PCC thì tinh khuyết hơn đá vôi và thấp hơn thạch anh. Hình dạng của PCC và kích thước thì khác với GCC. Dưới sự phóng đại, GCC có hình dạng là những khối hình thôi không đồng nhất. Hình dạng của tinh thể PCC thì phụ thuộc vào sản phẩm, và các hạt thì đồng đều và đồng nhất hơn. Sự phân bố kích thước của các hạt GCC thì rộng hơn nhiều so với các hạt PCC cùng kích thước vì nó có nhiều hạt lớn hơn và hạt nhỏ hơn hơn PCC, và nó cũng có nhiều hạt rất lớn so với PCC. Đây là những hình ảnh có thể phân biệt dễ dàng giữa PCC và GCC với cùng một kích thước hạt trung bình là 0,7 mµ. Hình 2.4: Hình ảnh phóng đại của PCC và GCC   8    Cấu trúc phổ biến của cả PCC và GCC là hình lục giác được biết như CaCO3, có một số tinh thể CaCO3 có hình dạng cấu trúc khác: khối lăng trụ, khối hình thoi và khối tam giác. Hình 2.5: Các hình dạng phóng đại của chất độn CaCO3 2.2.2. Ưu nhược điểm của chất độn 2.2.2.1.Ưu điểm - Lấp đầy những khoảng trống giữa các xơ sợi bột, làm tăng độ trắng, độ đục và độ nhẵn cho tờ giấy, giảm sự biến dạng của tờ giấy nếu gặp nước, những tính chất này là quan trọng đối với giấy viết, giấy in. - Làm giảm giá thành của tờ giấy vì hầu hết các chất độn (trừ titan dioxit) đều rẻ hơn bột giấy. 2.2.2.2. Nhược điểm - Làm giảm sự liên kết giữa các xơ sợi dẫn đến giảm độ bền cơ lý, giảm độ cứng của tờ giấy, làm giấy dễ bị bong sơ trong quá trình in hay photo.   9