Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp giấy tái chế tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về bao bì giấy carton trong bối cảnh thương mại điện tử và tiêu dùng gia tăng. Năm 2021, sản lượng giấy bao bì đạt 4,728 triệu tấn, tăng 11% so với năm trước, trong đó nguyên liệu giấy thu hồi chiếm tới 87%, đặc biệt giấy bao bì sử dụng phế liệu đạt tỷ lệ 98%. Tuy nhiên, tỷ lệ thu gom giấy phế liệu trong nước chỉ đạt khoảng 40%, phần còn lại phải nhập khẩu chủ yếu từ Anh, Mỹ, Nhật Bản và các nước châu Âu. Điều này đặt ra thách thức lớn về chất lượng nguyên liệu và hiệu quả sản xuất giấy tái chế.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn nguyên liệu OCC (Old Corrugated Container) nhập khẩu từ Anh và OCC nội địa cùng với độ nghiền bột giấy đến tính chất cơ lý của giấy tái chế. Mục tiêu chính là xác định tỷ lệ phối trộn và độ nghiền tối ưu để sản xuất giấy carton sóng đạt tiêu chuẩn Việt Nam (TCN 24:1999), đồng thời đề xuất quy trình công nghệ phù hợp. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Công ty TNHH MTV Giấy Khôi Nguyên trong khoảng thời gian từ tháng 12/2020 đến tháng 12/2021.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng giấy tái chế, giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp. Đồng thời, nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy tái chế, giảm áp lực khai thác tài nguyên rừng và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về:

  • Tính chất cơ lý của giấy tái chế: Bao gồm các chỉ tiêu như độ chịu bục, độ nén vòng, độ chịu gấp, sức căng và khả năng liên kết sợi. Các chỉ tiêu này phản ánh khả năng chịu lực và độ bền của giấy trong quá trình sử dụng.
  • Ảnh hưởng của quá trình nghiền bột giấy: Năng lượng nghiền, lực cắt riêng (SEL), tải lực bề mặt riêng (SSL) và độ nghiền (°SR) là các yếu tố quyết định đến sự phân bố kích thước sợi, độ dài sợi và khả năng liên kết giữa các sợi trong tờ giấy.
  • Mô hình phối trộn nguyên liệu: Tỷ lệ phối trộn giữa OCC nhập khẩu và OCC nội địa ảnh hưởng đến thành phần xơ sợi ngắn và dài, từ đó tác động đến tính chất cơ lý của giấy thành phẩm.

Các khái niệm chính bao gồm: OCC (Old Corrugated Container), độ nghiền (°SR), lực cắt riêng (SEL), độ chịu bục, độ nén vòng, độ chịu gấp, và tỷ lệ phối trộn nguyên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp khảo sát và phân tích số liệu:

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu gồm OCC nhập khẩu từ Anh và OCC nội địa (An Hùng Thịnh) được thu thập và xử lý tại phòng thí nghiệm Công ty Giấy Khôi Nguyên. Mẫu được chuẩn bị theo tiêu chuẩn, xé nhỏ kích thước 25mm, điều hòa độ ẩm và loại bỏ tạp chất.
  • Phương pháp phân tích: Thí nghiệm đo các chỉ tiêu cơ lý giấy gồm độ chịu bục, độ nén vòng, độ chịu gấp được thực hiện trên máy đo chuyên dụng. Độ nghiền bột được điều chỉnh ở các mức 32°SR, 35°SR và 38°SR. Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu được khảo sát ở các mức 30%, 40%, 50% OCC nhập khẩu.
  • Thiết kế thí nghiệm: Sử dụng ma trận thí nghiệm dạng mã hóa bậc I và bậc II, kết hợp phân tích hồi quy để xây dựng mô hình dự báo ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn và độ nghiền đến các chỉ tiêu cơ lý.
  • Cỡ mẫu và timeline: Thí nghiệm được tiến hành trong vòng 12 tháng (12/2020 - 12/2021) với nhiều mẫu thử đa dạng theo các tổ hợp tỷ lệ phối trộn và độ nghiền khác nhau nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất, giúp đề xuất quy trình công nghệ tối ưu cho sản xuất giấy carton tái chế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tối ưu: Kết quả cho thấy tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa OCC nhập khẩu từ Anh và OCC nội địa là 54,14% và 45,86% tương ứng. Tỷ lệ này giúp cân bằng giữa xơ sợi ngắn và dài, tối ưu hóa tính chất cơ lý của giấy.

  2. Ảnh hưởng của độ nghiền: Độ nghiền bột giấy ở mức 39,24°SR được xác định là phù hợp nhất để đạt được các chỉ tiêu cơ lý mong muốn. Độ nghiền này giúp tăng khả năng liên kết sợi mà không làm giảm chiều dài sợi quá mức.

  3. Tính chất cơ lý giấy sau phối trộn: Ở tỷ lệ phối trộn và độ nghiền tối ưu, giấy tái chế đạt các chỉ tiêu: độ chịu bục 2,98 kgf/cm², độ nén vòng 18,1 kgf, độ chịu gấp 19 lần. So với các mẫu phối trộn khác, các chỉ tiêu này tăng trung bình từ 10-15%, thể hiện sự cải thiện rõ rệt về độ bền.

  4. So sánh với tiêu chuẩn ngành: Các chỉ tiêu cơ lý của giấy sau phối trộn và nghiền đạt hoặc vượt tiêu chuẩn Việt Nam TCN 24:1999 về giấy làm lớp sóng của các-tông sóng, đảm bảo tính an toàn và thân thiện môi trường cho sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả trên là do tỷ lệ phối trộn hợp lý giúp cân bằng giữa xơ sợi ngắn (tăng độ mịn, khả năng ép chặt) và xơ sợi dài (tăng độ bền kéo, chịu lực). Độ nghiền phù hợp làm tăng diện tích bề mặt sợi, cải thiện liên kết hydro giữa các sợi, từ đó nâng cao độ bền cơ lý.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với xu hướng phối trộn nguyên liệu nhằm tối ưu hóa tính chất giấy tái chế. Ví dụ, các nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra rằng phối trộn OCC với bột nguyên thủy hoặc OCC từ các nguồn khác nhau cần được điều chỉnh tỷ lệ và độ nghiền để đạt hiệu quả tối ưu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ 3D thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ phối trộn, độ nghiền và các chỉ tiêu cơ lý như độ chịu bục, độ nén vòng, độ chịu gấp, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến chất lượng giấy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng tỷ lệ phối trộn 54% OCC nhập khẩu và 46% OCC nội địa trong sản xuất giấy carton sóng để đảm bảo chất lượng cơ lý tối ưu, giảm chi phí nguyên liệu và tăng tính cạnh tranh sản phẩm. Thời gian áp dụng: ngay lập tức; Chủ thể: Nhà máy sản xuất giấy.

  2. Điều chỉnh độ nghiền bột giấy ở mức khoảng 39°SR để cân bằng giữa độ bền và chi phí năng lượng nghiền, tránh nghiền quá mức gây giảm chiều dài sợi. Thời gian áp dụng: trong vòng 3 tháng; Chủ thể: Bộ phận kỹ thuật vận hành máy nghiền.

  3. Xây dựng quy trình phối trộn và nghiền chuẩn hóa dựa trên kết quả nghiên cứu, bao gồm kiểm soát tỷ lệ phối trộn, độ nghiền và phân loại xơ sợi nhằm duy trì ổn định chất lượng giấy. Thời gian: 6 tháng; Chủ thể: Phòng kỹ thuật và quản lý chất lượng.

  4. Đào tạo nhân viên vận hành và kỹ thuật về quy trình phối trộn và nghiền để nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành, đảm bảo thực hiện đúng quy trình công nghệ. Thời gian: 3 tháng; Chủ thể: Ban quản lý nhân sự và đào tạo.

  5. Theo dõi và đánh giá định kỳ chất lượng giấy thành phẩm qua các chỉ tiêu cơ lý để điều chỉnh kịp thời các thông số công nghệ, đảm bảo sản phẩm luôn đạt tiêu chuẩn. Thời gian: hàng quý; Chủ thể: Phòng kiểm soát chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp sản xuất giấy tái chế: Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình phối trộn nguyên liệu và điều chỉnh độ nghiền, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ chế biến lâm sản: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng của phối trộn và nghiền đến tính chất cơ lý giấy tái chế, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu và phát triển công nghệ mới.

  3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách ngành giấy: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật, chính sách hỗ trợ thu gom và tái chế giấy, thúc đẩy phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy.

  4. Nhà cung cấp thiết bị và công nghệ nghiền bột giấy: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và thông số công nghệ tối ưu giúp cải tiến thiết bị, đáp ứng nhu cầu vận hành hiệu quả của nhà máy sản xuất giấy tái chế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải phối trộn nguyên liệu OCC nhập khẩu và nội địa?
    Phối trộn giúp cân bằng giữa xơ sợi ngắn và dài, cải thiện tính chất cơ lý giấy, đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, giảm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.

  2. Độ nghiền ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng giấy?
    Độ nghiền tăng làm tăng diện tích bề mặt sợi, cải thiện liên kết sợi và độ bền giấy. Tuy nhiên, nghiền quá mức sẽ làm giảm chiều dài sợi, gây giảm độ bền cơ lý.

  3. Làm thế nào để xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu?
    Thông qua thí nghiệm thực tế và phân tích hồi quy các chỉ tiêu cơ lý giấy ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau, chọn tỷ lệ đạt hiệu quả cơ lý tốt nhất và phù hợp tiêu chuẩn.

  4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại giấy khác không?
    Kết quả chủ yếu áp dụng cho giấy carton sóng tái chế, tuy nhiên nguyên tắc phối trộn và điều chỉnh độ nghiền có thể tham khảo cho các loại giấy tái chế khác với điều chỉnh phù hợp.

  5. Làm sao để duy trì ổn định chất lượng giấy trong sản xuất?
    Cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ phối trộn, độ nghiền, phân loại xơ sợi và các yếu tố công nghệ khác, đồng thời thực hiện kiểm tra chất lượng định kỳ và đào tạo nhân viên vận hành.

Kết luận

  • Đã xác định được tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa OCC nhập khẩu từ Anh và OCC nội địa là khoảng 54% và 46%, giúp cân bằng xơ sợi và nâng cao tính chất cơ lý giấy tái chế.
  • Độ nghiền bột giấy tối ưu được xác định ở mức 39,24°SR, đảm bảo tăng cường liên kết sợi mà không làm giảm chiều dài sợi quá mức.
  • Giấy tái chế sản xuất theo tỷ lệ phối trộn và độ nghiền tối ưu đạt các chỉ tiêu cơ lý: độ chịu bục 2,98 kgf/cm², độ nén vòng 18,1 kgf, độ chịu gấp 19 lần, đáp ứng tiêu chuẩn ngành.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp giấy tái chế tại Việt Nam.
  • Đề xuất quy trình công nghệ phối trộn và nghiền chuẩn hóa, đồng thời khuyến nghị đào tạo và kiểm soát chất lượng định kỳ để duy trì hiệu quả sản xuất.

Hành động tiếp theo: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực tế, theo dõi hiệu quả và tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho các loại giấy tái chế khác. Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích tham khảo và ứng dụng để phát triển ngành công nghiệp giấy bền vững.