[CBZ] Bài viết này sẽ cùng bạn khám phá cách giấy được sản xuất. Giấy được làm thủ công hay máy móc? Quy trình sản xuất giấy như thế nào?…

Giấy có thể sản xuất thủ công hay bằng máy không phụ thuộc vào sợi dùng làm nguyên liệu. Thành phần chính của giấy là các sợi cellulose. Trước tiên tinh bột, nhựa cây và các thành phần khác của cây được tách ra khỏi cellulose. Sau khi tách ra, cellulose được pha loãng trong nước và giã thành sợi. Khi chế bột này (khoảng 95% là nước) lên một cái rây, phần lớn nước chảy thoát đi. Rây phải được lắc đều, các sợi sẽ nằm chồng lên nhau và tạo thành một tấm giấy. Nếu trên lưới rây có làm một hình mẫu, sợi sẽ nằm chồng ở các chỗ đó ít hơn và khi soi tấm giấy trước ánh sáng có thể nhận thấy được hình chìm trên giấy.

Sản xuất trước khi công nghiệp hóa

Cho đến nửa sau thế kỷ thứ 19 các sợi cellulose cần dùng được người làm giấy thu lượm từ quần áo cũ làm từ sợi lanh. Những người thu mua và buôn bán quần áo cũ là những người cung cấp nguyên liệu cho các xưởng xay giấy. Có thời gian quần áo cũ hiếm đến độ đã bị cấm xuất khẩu và người ta đã dùng đến vũ lực để ngăn chặn việc này.

Trong các xưởng xay giấy giẻ được cắt thành mảnh vụn, đôi khi được rửa sạch và làm cho mục nát và sau đó được đưa vào máy giã nhỏ thành sợi. Máy giã hoạt động bằng sức nước.

Trong nửa đầu của thế kỷ thứ 19 người ta chuyển qua tẩy bằng clo thay vì làm cho mục nát rồi rửa sạch. Sợi thất thoát rất ít và ngoài ra còn có thể dùng các loại vải có màu.

Người thợ làm giấy múc tờ giấy từ bột giấy loãng này bằng một cái rây thấp, làm bằng đồng hình chữ nhật có lưới rất tinh, thành rây có thể tháo ra được. Sau đó một người thợ khác ép tờ giấy từ ray lên trên một tấm nỉ trong khi thợ làm giấy múc tờ giấy kế tiếp. Sau khi ép xong các tờ giấy được treo lên để phơi khô trong các phòng lớn và khô ráo, chủ yếu là trong các nhà kho hay trên gác xép. Sau đó giấy được ép thêm một lần nữa, vuốt phẳng, phân loại rồi đóng gói. Nếu là giấy viết thì phải tráng keo bằng cách nhúng vào keo, ép rồi phơi khô.

Thợ làm giấy
Thợ làm giấy

Qua cách làm bằng tay này, ngày nay chỉ áp dụng cho các loại sợi – và qua đó là giấy – có chất lượng cao, các sợi nằm theo các hướng đều nhau.

Máy Hà Lan (một phát minh của các thợ làm giấy người Hà Lan vào khoảng năm 1670) là bước đột phá kỹ thuật hiện đại. Đấy là một máy sản xuất ra bột giấy không còn dùng giẻ cũ làm vật liệu ban đầu để sản xuất giấy nữa mà phần lớn là từ các dây thừng, dây cáp và lưới đánh cá. Các vật liệu rất cứng này trước tiên được cắt nhỏ trong một máy giã có một ít búa đập và nhiều dao nhọn (Kapperij) rồi được đưa vào một máy xay (Kollergang) để được tiếp tục cắt nhỏ đi.

Công nghiệp hóa việc sản xuất giấy

Từ khoảng năm 1850 máy mài gỗ được đưa vào sử dụng, mở ra khả năng sản xuất giấy có tầm cỡ công nghiệp từ nguyên liệu gỗ rẻ tiền. Vào khoảng năm 1879 chỉ ở Đức thôi đã có khoảng 340 xưởng mài gỗ như vậy. Loại bột gỗ mài dùng làm giấy này còn chứa chất linhin (lignin) sẽ làm giấy bị ố vàng sau một thời gian. Friedrich Gottlob Keller (1816 – 1895) là người phát minh ra loại giấy làm từ bột gỗ này.

Máy mài gỗ trong Viện bảo tàng công nghiệp Alte Dombach tại Bergisch Gladbach (Đức)
Máy mài gỗ trong Viện bảo tàng công nghiệp Alte Dombach tại Bergisch Gladbach (Đức)

Sản xuất giấy trong công nghiệp

Nguyên liệu sản xuất giấy:

Người ta có thể sản xuất giấy từ nguồn nguyên liệu mới là gỗ, hoặc cũng có thể sử dụng giấy đã sử dụng làm nguyên liệu.

Trong sản xuất mới, nguyên liệu chính để làm giấy là sợi cellulose từ gỗ hoặc rơm rạ. Ngoài ra còn cần dùng đến keo và các chất độn. Độ dài của các sợi cellulose thay đổi tùy theo nguyên liệu làm giấy và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và độ bền về thời gian của giấy. Không phải loại gỗ nào cũng có thể dùng làm giấy trong công nghiệp được. Gỗ từ các loại cây trong bảng dưới đây được coi là thích hợp để dùng làm giấy:

Cây lá kim (Cây gỗ mềm): Cây lá rộng (Cây gỗ cứng):
  • Vân sam
  • Linh sam
  • Thông
  • Thông rụng lá
  • Sồi
  • Dương
  • Cáng lò (Cây bulô)
  • Bạch đàn (Cây khuynh diệp)

Điều kiện ở từng địa phương và số lượng có sẵn quyết định loại gỗ nào được sử dụng làm nguyên liệu nguyên thủy. Các loại cây tăng trưởng nhanh thí dụ như cây dương đáp ứng được nhu cầu lớn của công nghiệp. Trên nguyên tắc tất cả các loại có cellulose đều có khả năng được sử dụng để sản xuất giấy. Giấy cũ ngày càng được sử dụng nhiều hơn để làm nguyên liệu. Tại Đức, giấy cũ chiếm gần 50% các nguyên liệu được sử dụng để làm các loại giấy, bìa cứng và các tông.

Ở châu Âu và châu Mỹ người ta còn sử dụng cây lúa mì và lúa mạch đen để lấy sợi, ở Bắc Phi một số loại cỏ, tại Nhật cho tới ngày nay rơm từ cây lúa vẫn được sử dụng và ở Ấn Độ là cây tre.

Việc dùng giấy đã qua sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy hiện là phương hướng đang phát triển của công nghiệp giấy.

  • Ưu điểm: việc sử dụng giấy phế liệu làm bột giấy chỉ cần đánh tơi và nghiền với thời gian ngắn hơn sử dụng gỗ (28 phút so với 45 phút); góp phần giải quyết các vấn đề về môi trường.
  • Nhược điểm: bột giấy loại này có độ bụi cao – trên 10 hạt với kích thước 0.4mm²/1m²
Lược đồ quy trình sản xuất giấy công nghiệp
Lược đồ quy trình sản xuất giấy công nghiệp

Lược đồ quy trình sản xuất giấy công nghiệp:

  1. Chọn rừng lấy gỗ
  2. Khai thác gỗ từ rừng
  3. Thái mỏng
  4. Hấp
  5. Làm sạch
  6. Đập vụn
  7. Trộn nước, hóa chất, phẩm
  8. Nhập liệu
  9. Ống lăn
  10. Trục ép
  11. Lô sấy, ép quang
  12. Kiểm soát sản xuất
  13. Ra cuộn

Sản xuất bột giấy

Gỗ có thể được xử lý cơ học hay hóa học

Xử lý cơ học

  • Bột gỗ mài trắng: được mài từ gỗ đã được bóc vỏ trong các máy mài gỗ.
  • Bột gỗ mài nâu: hình thành khi các cuống cây được thấm ướt trong các nồi nấu trước khi được mài.
  • Bột nhiệt cơ: được sản xuất từ phế liệu gỗ được băm nhỏ và vỏ bào của các xưởng cưa. Theo phương thức TMP (thermo-mechanical pulp), hay “bột nhiệt cơ”, chúng được làm thấm ướt ở 130 °C. Các liên kết linhin (lignin) nhờ vậy bị yếu đi. Sau đó nước được thêm vào và các miếng gỗ này được nghiền trong các máy nghiền (refiner). Nếu hóa chất được sử dụng thêm vào trong lúc thấm ướt phương pháp này được gọi là phương pháp CTMP (chemo-thermo- mechanical pulp), hay “bột hóa nhiệt cơ”.

Nếu chỉ dùng các phương thức cơ để sản xuất, thành phần của bột gỗ không phải là các sợi cellulose mà là các liên kết sợi đã được mài và nghiềm nhỏ ra. Để có thể lấy được sợi nguyên thủy phải dùng đến các biện pháp xử lý gỗ bằng hóa học.

Xử lý hóa học

Các mảnh gỗ được xử lý hóa học bằng cách nấu. Sau khi nấu 12 đến 15 tiếng các sợi sẽ được tách ra khỏi các thành phần cứng đi cùng với cellulose. Nhìn theo phương diện hóa học, gỗ bao gồm:

  • 40% – 50% cellulose
  • 10% – 55% hemicellulose
  • 20% – 30% linhin (lignin)
  • 6% – 12% các hợp chất hữu cơ khác
  • 0,3% – 0,8% hợp chất vô cơ

Tùy theo hóa chất được dùng để nấu, người ta phân biệt ra các phương pháp kiềm, sunfit (sulfit) và sunfat (sulfat). Phần linhin còn sót lại sau khi nấu sẽ làm cho bột giấy có màu vàng hay nâu vì thế mà phải rửa sạch và tẩy bột giấy.

Sản lượng sản xuất bột giấy theo phương pháp hóa học ít hơn là sản xuất bột gỗ. Các sợi cellulose có ưu điểm là dài hơn, bền và mềm mại hơn. Các sợi cellulose từ các cây lá kim thường dài khoảng 2,5 cho đến 4 mm, sợi từ các cây lá rộng dài khoảng 1 mm.

Bột giấy sunfat so với bột giấy sunfit thì dài hơn và bền hơn vì thế chủ yếu được sử dụng để làm giấy in và giấy viết có độ trắng cao. Bột giấy sunfit đa số được dùng để sản xuất các loại giấy vệ sinh mềm.

Bột giấy cần phải được tẩy để làm giấy trắng. Bột giấy sunfat thông thường được tẩy bằng clo, vì thế mà nước thải sẽ nhiễm các hợp chất cácbon của clo.

Cl2 + H2O → H+ + Cl- + HClO
2 NaOH + Cl2 → NaOCl + NaCl + H2O

Bột sunfit được tẩy bằng hiđrô perôxít hay bằng ôxy. Kỹ thuật thân thiện hơn với môi trường, thay thế tẩy sử dụng clo bằng sử dụng ôxy và điôxít clo.

2 NaClO3 + H2SO4 + SO2 → 2 ClO2 + 2 NaHSO4

Bột giấy tẩy không có clo có độ bền của sợi kém hơn là tẩy bằng clo, nhưng do ít ô nhiễm đến môi trường hơn nên ngày càng được dùng nhiều hơn.

Phương pháp organocell

Phương pháp organocell sản xuất bột giấy không có lưu huỳnh và vì thế mà thân thiện với môi trường hơn. Các mảnh gỗ được nấu với hỗn hợp nước và mêtanol (methanol) có cho thêm dung dịch kiềm qua nhiều giai đoạn dưới áp suất và ở nhiệt độ đến 190 °C. Qua đó linhin và hemicellulose được hòa tan ra. Sau đó phải rửa sạch qua nhiều giai đoạn rồi tẩy và tháo nước.

Mêtanol và kiềm được lấy lại qua một phương pháp tái chế được tiến hành song song với sản xuất bột giấy. Ngoài ra còn thu được linhin và hemicellulose không chứa lưu huỳnh được sử dụng tiếp tục trong công nghiệp hóa học.

Khử mực giấy cũ

Các phương pháp khử mực giấy loại có mục đích chính là nhằm loại bỏ các hạt mực cũng như các chất phụ gia khác như chất độn, các hạt mang màu trong quá trình tráng phủ ra khỏi thành phần sơ xợi.

Hai phương pháp khử mực giấy loại (de-inking) được sử dụng phổ biến rộng rãi ngày nay trên thế giới là phương pháp tuyển nổi (flotation) và rửa (washing). Phương pháp tuyển nổi thích hợp với các hạt mực và các hạt phụ gia có kích thước từ 10 đến 250 µm trong khi phương pháp rửa thích hợp với kích thước hạt mực và phụ gia từ 30 µm trở xuống. Ngày nay phần lớn các nhà máy tái chế giấy loại thường ứng dụng cả hai phương pháp khử mực bằng tuyển nổi và rửa trong quá trình sản xuất.

Phương pháp tuyển nổi:

Sử dụng nguyên lý bám dính của các hạt vật chất vào bong bóng khí để loại bỏ mực in và các chất phụ gia của giấy loại như chất độn, các hạt mang màu…Có thể chia ra các công đoạn chính trong quá trình tuyển nổi như sau:

1. Giai đoạn tách mực ra khỏi sơ xơi

Mực in được in vào bề mặt của sơ xợi bằng nhiều phương pháp khác nhau như in offset, in gravure, in UV-Curing, in letter press hay in flexo và trong giai đoạn đầu tiên của phương pháp khử mực, người ta phải tách các hạt mực in này cùng với các hạt phụ gia ra khỏi bề mặt của sơ xợi. Giai đoạn này trong sản xuất được thực hiện ở máy nghiền thủy lực với sự hỗ trợ của một số hóa chất khử mực như NaOH (sodium hydroxide), Na2CO3 (sodium silicate), H2O2 (Hydrogen peroxide), các chất hoạt tính bề mặt (surfactant)…

Dưới tác dụng của các hóa chất khử mực, mối liên kết giữa mực in và sơ xợi bị lỏng đi, trở nên kém bền vững đồng thời các hạt mực cũng trở nên kỵ nước, bị xé nhỏ và tách ra khỏi sơ xợi dưới tác dụng của các dao trong quá trình nghiền thủy lực.

2. Giai đoạn loại bỏ mực ra khỏi sơ sợi trong quán trình tuyển nổi

Sau khi mực và các hạt phụ gia được tách ra khỏi bề mặt sơ xợi, chúng ta sẽ phải loại bỏ chúng để thu được sơ xợi “sạch” để sản xuất giấy. Như đã trình bày ở trên, phương pháp tuyển nổi dùng các bọt khí để loại bỏ các hạt mực và các hạt phụ gia. Về lý thuyết có thể ứng dụng với các hạt chất rắn có kích thước từ 10 đến 500 µm nhưng hiệu quả nhất đối với tuyển nổi giấy tái chế là từ 10 đến 250 µm. Do tác dụng của hóa chất (các chất lựa chọn) và đặc biệt là sự có mặt của các ion canxi mang điện dương 2+ trong nước, các phân tử của xà phòng kết hợp với các ion Canxi này tạo ra các hạt vật chất nhỏ điện tích mang điện dương, qua đó dễ dàng đính với các hạt mực (điện âm). Bởi vì các chất lựa chọn như soap là một chuỗi hydrocacbon gồm cả phần kỵ nước và háo nước (ví dụ như stearic acid)nên các hạt mực được đính kèm với các hạt vật chất nhỏ mang điện dương (sản phẩm của soap collector and calcium có trong nước), rồi qua đó tiếp tục đính với các hạt mực khác (cũng đã được đính với các hạt mang điện dương) và tạo thành các cụm mực nhỏ và các cụm mực nhỏ này tiếp tục được đính vào các bong bóng khí nhờ tính kỵ nước và háo nước của soap collector.

Xử lý bột trước khi sản xuất giấy

Bột giấy được nghiền trong các máy nghiền (refiner) trước khi đưa qua máy giấy. Bên trong máy nghiền dung dịch bột giấy đậm đặc chảy qua giữa một trục lăn có dao và các dao gắn cố định. Sợi sẽ được cắt (nghiền thô) hay ép (nghiền tinh) tùy theo các điều chỉnh dao. Hai đầu của sợi cellulose sẻ bị tưa ra giúp cho các sợi liên kết với nhau tốt hơn khi tấm giấy hình thành.

Các loại giấy hút nước, có thể tích cao và mềm mại hình thành từ các sợi được nghiền thô như giấy thấm. Sợi được nghiền tinh được dùng để sản xuất các loại giấy cứng và bền, ít thấm nước có tính trong suốt thí dụ như giấy vẽ kỹ thuật. Ngoài ra khi nghiền các sợi cellulose còn có thể được cắt ngắn đi. Chiều dài của sợi và cách nghiền bột quyết định chất lượng của giấy.

Máy xeo giấy

Giấy được tạo thành tấm trên máy xeo giấy. Dung dịch bột giấy (99% là nước) sau khi được làm sạch nhiều lần chảy lên mặt lưới. Trên lưới này phần lớn nước chảy thoát đi và cấu trúc của tờ giấy bắt đầu thành hình. Bên dưới lưới có đặt máy hút nước để giúp thoát nước. Giấy sản xuất công nghiệp có hai mặt: mặt lưới và mặt láng, các sợi giấy hầu như đều hướng về một chiều: chiều chạy của lưới. Sau đó giấy được ép rồi đưa qua phần sấy tiếp theo là được ép láng và cuộn tròn.

Máy sản xuất giấy
Máy sản xuất giấy

 

Các quy trình của máy giấy Fourdrinier
Các quy trình của máy giấy Fourdrinier

Chất độn

Ngoài sợi cellulose ra bột giấy còn được trộn thêm đến 30% các chất độn:

  • Cao lanh (China clay)
  • Tinh bột
  • Blanc fixe
  • Điôxít titan
  • Phấn

Các chất độn làm đầy phần không gian giữa các sợi giấy và làm cho giấy mềm mại và có bề mặt láng hơn. Thành phần của chất độn sẽ quyết định độ trong suốt hay độ mờ đục của giấy. Để chống không lem mực phải cần đến keo.

Nghệ thuật, khoa học và công nghệ sản xuất giấy giải quyết các phương pháp, thiết bị và vật liệu được sử dụng để làm giấy và bìa cứng, chúng được sử dụng rộng rãi để in, viết và đóng gói, trong số nhiều mục đích khác và các sản phẩm hữu ích. Ngày nay, hầu hết tất cả các loại giấy đều được sản xuất bằng máy móc công nghiệp, trong khi giấy thủ công tồn tại như một nghề thủ công chuyên dụng và là phương tiện để thể hiện nghệ thuật.

Như vậy bạn đã biết giấy được làm từ vật liệu gì và giấy được sản xuất như thế nào rồi nhé!

5/5 - (2 bình chọn)
Theo dõi
Thông báo của
guest

0 Góp ý
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận
0
Hãy để lại ý kiến/nhu cầu của bạn!x