Độ bền khô là một tính chất cấu trúc của tờ giấy, thứ mà được bắt nguồn chính từ sự hình thành các liên kết giữa các xơ sợi giống như dạng mạng lưới xơ sợi và chất làm khô. Độ bền của một tờ giấy cụ thể phụ thuộc vào độ bền của từng xơ sợi, vào liên kết giữa các xơ sợi, vào số lượng xơ sợi và sự phân bố của các liên kết cũng của các xơ sợi. Phụ gia tăng bền khô nâng cao một hoặc nhiều các đặc tính nói trên, tuy nhiên chúng không làm thay đổi độ bền của từng xơ sợi. “Guar gum” là loại keo thực vật phổ biến nhất. Nó là polymer cacbonhydrat chứa glactoza và manoza như một khối xây dựng cấu trúc.
HÓA HỌC PHẦN ƯỚT MỤC LỤC Tầm quan trọng ứng dụng phụ gia tăng bền khô .2 Tinh bột phụ gia phần ướt 2.1 Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột 2.2 Tổng hợp sinh học, tính chất vật lý hóa học .4 2.3 Sự biến tính tinh bột phương pháp biến tính 2.4 Tinh bột cation .7 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu tinh bột phụ gia phần ướt 11 3.1 Đo hiệu tinh bột phần ướt .11 3.1.1 Giấy 11 3.1.2 Huyền phù bột 12 3.2 Ảnh hưởng tinh bột 13 3.2.1 Sự phân tán tinh bột .13 3.2.2 Độ cation 13 3.2.3 Dẫn xuất anion lưỡng tính 14 3.3 Ảnh hưởng gây huyền phù bột .15 3.3.1 Thế zeta nhu cầu điện tích 15 3.3.2 Chất độn 16 3.3.3 Độ dẫn 17 3.3.4 pH 17 3.3.5 Tạp chất anion 17 3.3.6 Hệ thống bảo lưu 18 Keo thực vật 19 CMC phụ gia phần ướt 21 Phụ gia tăng bền khô tổng hợp .21 NGUYỄN CÔNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT Phụ gia tăng bền khô Tầm quan trọng ứng dụng phụ gia tăng bền khô Độ bền khô tính chất cấu trúc tờ giấy, thứ mà bắt nguồn từ hình thành liên kết xơ sợi giống dạng mạng lưới xơ sợi chất làm khô Độ bền tờ giấy cụ thể phụ thuộc vào độ bền xơ sợi, vào liên kết xơ sợi, vào số lượng xơ sợi phân bố liên kết xơ sợi Phụ gia tăng bền khơ nâng cao nhiều đặc tính nói trên, nhiên chúng khơng làm thay đổi độ bền xơ sợi Độ bền mạng lưới xơ sợi tăng tính học việc nghiền đánh tơi, trường hợp đó, lượng lớn vi xơ đẩy mạnh việc hình thành liên kết xơ sợi Hàng loạt lực khác có tác động việc hình thành liên kết xơ sợi Liên kết hydro liên kết quan trọng nhất, lực khác liên kết hóa trị, ion hay Van-der-waal xuất Mặc dù liên kết hydro yếu, đặc biệt nước, chúng lại làm tăng độ bền tờ giấy cách rõ ràng số lượng lớn liên kết Các liên kết hình thành khoảng cách ngắn liên kết bề mặt chúng phải điểm tiếp xúc phân tử gần Độ bền giấy nâng cao thay đổi thành phần xơ sợi, chẳng hạn tăng tỉ lệ bột hóa sợi dài, giảm lượng độn thêm vào phụ gia tăng bền khơ Các q trình thay đổi làm tăng cường độ bền, ví dụ cải thiện trình hình thành, tăng pH, thêm ép ướt Tuy nhiên, trình nghiền đánh tơi cách phổ biến để tăng độ bền Ngoài nhu cầu sử dụng lượng cao hơn, nghiền đánh tơi ảnh hưởng đến tính chất tờ giấy Chúng làm tăng tỉ trọng giấy, làm giảm độ xốp, độ cứng, độ bền xé Độ sáng giấy bị giảm Khi tác động tiêu cực đánh tơi nghiền cần hạn chế, phụ gia tăng bền khô lựa chọn thiết thực Phụ gia tăng bền khô chất tan nước, polymer ưa nước, từ tự nhiên tổng hợp Một số sản phẩm thương mại bật như: - Tinh bột NGUYỄN CÔNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT - Keo thực vật - Cacboxy metyl xenluloza - Polyme tổng hợp Tinh bột phụ gia phần ướt 2.1 Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột Mặc dù tinh bột có mặt tất loại thực vật tách chiết cách thương mại từ số loại trồng Một số loại bật khoai tây, ngơ lúa mì Ở Phần Lan, tinh bột tách từ lúa mì cịn châu Á từ củ sắn Một số chất dẫn xuất công nghiệp giấy sản xuất từ sắn ứng dụng từ chúng Bảng 1: Thành phần hóa học trung bình tinh bột từ số loại nguyên liệu tăng % Khoai tây Ngô Lúa mạch Lúa mì Sắn lên cách Độ ẩm 70-85 7-23 13 10-13 60-75 nhanh chóng, Tinh bột 13-25 54-66 56-64 64-65 20-30 đặc biệt Protein 1-4 7-12 7-10 9-15 Chất béo 0.02-0.1 3-5 2-3 1-2 * mang tính Chất xơ 0.2-3 2-3 10-13 2-4 chất địa Chất khoáng 0.4-2 1-3 2 * phương Cây Đường bột 1-3 1 * ngô sáp trồng Mỹ chứa Amilopectin Tinh bột ngô sáp ổn định so với loại ngô thông thường đem so sánh với tinh bột khoai tây Các loại nguyên liệu có khác mức độ thành phần (Bảng 1) Amiloza NGUYỄN CƠNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT Amilopectin 2.2 Tổng hợp sinh học, tính chất vật lý hóa học Tinh bột nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo Nó hình thành từ CO2 nước trình tổng hợp sinh học tác dụng ánh sáng Để sản xuất tinh bột yêu cần cần 1.5 CO2 0.6 nước Quá trình giải phóng 1.5 O2 Tinh bột hydrocacbon có mặt tất thực vật Nó tập trung hạt, rễ củ, nơi mà chức trì chất dinh dưỡng cho trình sinh trưởng Tinh bột polymer glucoza, đơn vị mắt xích liên kết với liên kết α-D-1,4-glucozit Mạch glucoza dạng thẳng (amiloza) mạch nhánh (amylopectin) Trong trường hợp bình thường, amiloza chiếm tỉ lệ thấp, khoảng 20-25% Kích thước mạnh khác nhau, phụ thuộc vào nơi mà tinh bột tách chiết điểm liên quan đến amiloza amylopectin Chiều dài mạch amiloza ngắn amylopectin Tinh bột xuất thực vật dạng hạt nhỏ (2-150μm), sau tượng nghiền mơ tế bào q trình sản sinh tinh bột, phân tách trình sàng, sau đặc đưa qua nhiều cơng đoạn rửa Các hạt tinh bột có khác kích cỡ, hình dạng loại thực vật, phân biệt kính hiển vi Các loại tinh bột thương mại chứa lượng nhỏ thành phần khác có nguồn gốc từ trồng Tính chất gia keo tinh bột liên quan đến số lượng lớn nhóm –OH, nhóm có khả hình thành liên kết hydro Trong dung dịch nước, liên kết hydro hình thành nhóm hydroxyl phân tử nước, trường hợp đó, tinh bột liên kết với nước thông qua liên kết hydro Đây đặc tính quan NGUYỄN CƠNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT trọng, ví dụ chuẩn bị chất phụ gia tráng phủ Phân tử nước bị bay trình sấy, liên kết hydro tinh bột với xơ sợi với cấu tử khác ứng dụng trình sản xuất giấy Tinh bột sau làm yếu tố tăng bền Hình 2: Đường cong Brabender Tinh bột không tan nước lạnh Khi hỗn loại tinh bột khác hợp tinh bột nước đun nóng, tinh bột bắt đầu hịa tan hồ hóa, khoảng nhiệt độ đó, nhận biết tăng độ nhớt dung dịch Độ nhớt tăng nhiệt độ tăng, mạch tinh bột bắt đầu phân tách khỏi nhau, thời điểm đó, giảm độ nhớt quan sát Khi dung dịch nguội đi, mạch tinh bột bắt đầu tái hợp lại thông qua liên kết hydro, độ nhớt lại lần tăng lên Trong dung dịch loãng, tinh bột tái hợp kết tủa xuống đáy, dung dịch đặc, chúng hình thành dạng keo khơng gian chiều Hiện tượng gọi thối hóa Trạng thái hồ hóa tinh bột hiểu rõ với biểu đồ độ nhớt Brabender, cho phép quan sát biểu tinh bột suốt trình đun nóng làm lạnh Đường cong Brabender tinh bột tách từ nguồn khác khác Đường thể q trình hồ hóa loại tinh bột khác nhiệt độ khác nhau, ví dụ tinh bột từ khoai tây khoảng 62-65oC, từ ngô khoảng 7275oC, từ lúa mì khoảng 62-80oC NGUYỄN CƠNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT Dung dịch tinh bột có hai tính chất: - Độ nhớt: Giống dung dịch polyme nói chung, độ nhớt tinh bột phụ thuộc vào kích thước phân tử trung bình Ngồi phụ thuộc vào nhiệt độ, chất rắn, lượng ion (pH, độ cứng, độ dẫn) - Độ ổn định: Dung dịch tinh bột đậm đặc có khuynh hướng bị thối hóa làm lạnh, điều quan sát tăng độ nhớt, độ đục đặc dung dịch Các sản phẩm thoái hóa phần lớn dạng mạch thẳng, gắn kết với dễ dàng thông qua liên kết hydro Khi tinh bột quay trở lại dạng tinh thể, tỉ lệ số mạch thẳng nhân lên Độ bền tăng nhánh số mặt mạch tăng 2.3 Sự biến tính tinh bột phương pháp biến tính Sự biến tính tinh bột phân thành hai loại chính: biến tính hóa học biến tính lưu biến Trong biến tính hóa học, ion tự nhiên tinh bột bị thay đổi, độ ổn định tăng Các phản ứng thường làm tăng thêm số mạch, thêm số đoạn thay vào mạch tinh bột Do tinh bột poly ancol nên dẫn suất chủ yếu ete este Sự biến đổi lưu biến hình thành mức độ cao chất rắn cần thiết có dung dịch Các sản phẩm tinh bột gia keo bề mặt chất kết dính tráng phủ bề mặt được tạo cách Trong vài trường hợp, biến tính diễn ra, ví dụ tinh bột cation gia keo bề mặt Bảng 4: Các phương pháp biến tính tinh bột khác Tinh bột tự nhiên Biến tính hóa học Ete hóa Este hóa NGUYỄN CƠNG ĐẠT Cation hóa Hydroxylalkyl hóa Cacboxymetyl hóa Axetyl hóa Photphat hóa LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT Tạo cầu nối khơng gian Enzym Chuyển hóa Nhiệt Nhiệt hóa Depolyme hóa Natri hypoclorat (thay đổi tính lưu Oxy hóa Hydro peoxit biến) Thủy phân Axit Nhiệt phân Dextrin hóa Việc sản xuất dẫn suất sử dụng bao gói cho cơng nghiệp thực phẩm phụ thuộc vào quy định Các quy định bao gồm : Cơng bố FDA Mĩ, BGW Đức Warenwet, Hà Lan Sau xơ sợi độn, tinh bột nguyên liệu quan trọng thứ sản xuất giấy Tinh bột sử dụng phụ gia tăng bền khô cho giấy thêm vào phần bột máy xeo, dùng chất gia keo bề mặt trường hợp dung dịch tinh bột thêm vào bề mặt tờ giấy khô Tinh bột sử dụng cơng nghiệp giấy chất kết dính cho tráng phủ bề mặt, chất keo bảo vệ keo AKD, ASA phân tán, thành phần định hình tinh bột 2.4 Tinh bột cation Tinh bột phụ gia tăng bền khô lâu đời sử dụng rộng rãi sản xuất giấy Sự bảo lưu tinh bột tự nhiên anion sợi anion máy tốc độ cao ngày hạn chế Hệ nghiên cứu để tìm cách cải thiện bảo lưu hoàn thành, cần thiết cho hiệu kinh tế lý môi trường Các loại tinh bột chứa Nitơ bậc sớm sử dụng phụ gia phần ướt, chí sớm tinh bột tự nhiên tan nước lạnh, ứng dụng chúng bị sụt giảm mạnh đặc tính bảo lưu Một phép thử tiến hành để cải thiện bảo lưu tinh bột tinh bột cation hóa nhà máy, nơi mà loại polime cation khác thêm vào tinh bột phần ướt trước sau nấu Nhìn chung, phương pháp đạt cải thiện yếu bảo lưu Các loại tinh bột cation thời tinh bột ete sản xuất pH cao nhiệt độ phản ứng ete hóa, sử dụng chất phản ứng epoxy có chứa nhóm amoni bậc Phản ứng thực dạng huyền phù thêm vào tinh bột khô chất phản ứng Độ cation đặc trưng tỉ lệ mol NGUYỄN CÔNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT nhóm (cation) nhóm không thế, thể thông qua độ Tinh bột chứa nhóm amoni bậc chất cation có pH khoảng 4-9 Tinh bột cation phần ướt sản xuất từ vài loại tinh bột tự nhiên, số lý khả hịa tan kích thước phân tử, sản xuất từ tinh bột khoai tây, Mĩ từ tinh bột ngô sáp Do có mặt nhóm photphat tinh bột khoai tây, tinh bột cation sản xuất từ loại có chất lưỡng tính Tuy chứng minh cách khoa học 2%-4% tinh bột cation bị hấp thụ sợi bột hóa tẩy trắng 3%-4% canxi cacbonat kết tủa tùy theo độ thế, khả chạy máy đòi hỏi máy xeo cần lượng chất phụ gia nhiều so với lý thuyết Mặc dù vậy, Lindstrom sản xuất giấy với hàm lượng chất độn cao (50% đất xét) sử dụng mức dùng tinh bột lên đến 10% với polyme anion Sau đạt mức hấp thụ bão hòa, tinh bột không tham gia vào cấu tử phần ướt Một giả thiết rằng, diện tích bề mặt thủy động học phù hợp nơi mà tinh bột bị hấp thụ Bảng liệu diện tích thủy động học giá trị bão hịa vài cấu tử phần ướt Chất hấp phụ Phần xơ sợi Bột pha trộn Phần xơ sợi vụn Đất sét độn Đất sét tráng phủ Diện tích bề mặt thủy động học, m2/g 1.2 2.1 8.0 2.0 12.0 Giá trị bão hòa, mg/g 16 42 65 17 59 Bảng 3: Diện tích bề mặt thủy động học giá trị bão hòa hấp thụ tinh bột Độ D.S=0.042 NGUYỄN CÔNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT Thơng thường, mức dùng tinh bột cation lên đến 0.2% - 2.5% so với chất rắn phần ướt Khi lượng nhỏ 1% yếu tố phân rã không thừa, hấp phụ tinh bột gần đạt tới 100% Tinh bột cation bị hấp thụ lần lại ngưng kết cấu tử phần ướt Để hiểu rõ tinh bột phần ướt, giá trị biết mức độ hấp phụ tinh bột cation thành phần khác bột giấy Bảng phân bố tinh bột khoai tây bột giấy có xơ sợi vụn Sự hấp phụ Giá trị % tỉ lệ 0.69 0.75 0.64 33 37 40 Mức dùng tinh bột, % DS Thành Bảng 4: Sự phân bố tinh bột khoai tây (hàm lượng 1.3%) bột giấy xơ sợi Cấu tử vụn pH = Xơ sợi dài Xơ sợi vụn Đất sét Bột phần 0.69 0.15 0.16 Cường độ 0.57 3.0 2.2 1.2 Số liệu thể bảng đưa khơng có nhiều 1/3 lượng tinh bột thêm vào bị hấp phụ vào xơ sợi dài – chiếm tới 70% thành phần bột Phần lại phân bố cân xơ sợi vụn chất độn Hệ tỉ lệ lớn chất độn xơ sợi vụn hai bột có tinh bột xơ sợi, điều làm giảm hiệu tăng bền tinh bột Theo điều nói trên, trình tự thêm vào địa điểm, liều lượng cấu tử phần ướt tinh bột yếu tố quan trọng để tìm hiệu cần đạt cho tinh bột cation Hiệu tăng bền tốt thường đạt tinh bột xơ sợi dài Nó khuyến khích thêm tinh bột vào chất độn, giảm độ bền loại bỏ lắng chất độn làm tăng độ đục Có thể thấy rằng, việc thêm chất trợ tăng bền khô vào phần ướt cách hiệu việc nâng cao độ bền so với lượng bên ép keo bề mặt Điều cho tinh bột phân bố xơ sợi thay xung quanh chúng, nên hiệu gia keo phụ gia tăng bền khô bắt nguồn từ việc tăng bề mặt liên kết Có số dấu hiệu bề mặt liên kết đơn vị se không tăng tinh bột làm tăng số lương liên kết bề mặt liên kết Độ bền khô tờ giấy nâng cao việc tăng độ bền liên kết trạng thái đạt mà liên kết xơ sợi trở lên mạnh so với thân xơ sợi NGUYỄN CÔNG ĐẠT LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT Khi tinh bột cation thêm vào lượng nhỏ bột trước hịm đầu máy, đóng vai trị chất trợ bảo lưu Cơ chế tương tự polyme cation mạch dài khác, chẳng hạn poly acry amid Tinh bột cation sử dụng để hỗ trợ tác dụng tác nhân trợ bảo lưu polymer- bảo đảm, nhiên, ion tự nhiên hệ thống lại cân (khơng cation) Do điện tích chúng, nên tinh bột cation cải thiện tính tách nước Điều quan sát đo việc tách nước thực thiết bị SR, với lượng nhỏ tinh bột cation làm tăng thoát nước Tinh bột có nhiều độ cation, sản phẩm cải thiện việc tách nước Tuy nhiên, tinh bột trạng thái liên kết với nước, sau đó, mức dung tăng lên, Hình 3: Hiệu thoát nước tinh bột khả tạo nước liên kết vượt việc tách nước hiệu cải thiện tách nước chất cation, giai đoạn thoát nước bắt đầu tăng Đặc trưng tách nước cải thiện thêm biến tính tinh bột cation Một phương pháp liên quan đến liên cầu nối khơng gian ngang tinh bột cation Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu tinh bột phụ gia phần ướt 3.1 Đo hiệu tinh bột phần ướt 3.1.1 Giấy Mục đích việc sở dụng tinh bột phần ướt để tăng độ bền khô tờ giấy Hơn nữa, việc đo độ bền tờ giấy hồn thiện cho biết thơng số có ý nghĩa để mô tả hiệu tinh bột NGUYỄN CƠNG ĐẠT 10 LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT Tinh bột ảnh hưởng đến độ bền tờ giấy, đặc biết theo chiều ngang Nếu cấu trúc tờ giấy xem mạng lưới xơ sợi mỏng, điều hợp lý Sự tăng số lượng liên kết giúp xơ sợi gắn kết với theo chiều z, nhiên, tinh bột, số lượng liên kết khơng đủ để ngăn việc xơ sợi trượt theo chiều xy Độ bền theo chiều z thường đo thiết bị Scott Bond, vài trường hợp (chủ yếu với lớp tráng phủ) đo máy kiểm tra khả in ấn IGT – đo độ bền liên kết bề mặt Giá trị Scott Bond tăng tuyến tính lượng tinh bột tăng Với mức dùng nhỏ 1%, giá trị Scott Bond tăng gấp đơi Nếu có gián đoạn bảo lưu tinh bột, chúng phản ánh giá trị độ bền theo chiều z Độ bền liên kết yếu vấn đề, đặc biệt với phần lưới xeo loại hịm phun lưới đơi, nơi mà phân bố không xơ sợi vụn gây tách lớp tờ giấy Độ chịu bục độ bền nén tăng ảnh hưởng tinh bột, chúng đặc biệt quan trọng sản xuất giấy tơng sợi tơng sóng, đặc trưng cho độ bền theo chiều z mặt xy Độ bề kéo tờ giấy tăng tác dụng tinh bột Sự thay đổi không đáng kể, nhiên, với lượng nhỏ, gia tăng chí bị giới hạn biến động bình thường Tuy nhiên, việc cải thiện độ bền kéo trông thấy giảm lượng giấy rách tăng độ bền tổng thể toàn mạng lưới Sự thiếu sót liên kết xơ sợi phản ánh thông qua bề mặt tờ giấy Tăng mức dùng tinh bột cải thiện kể vấn đề tinh bột liên kết với xơ sợi xơ sợi vụn so với bề mặt tờ giấy Tinh bột hình thành liên kết hóa học xơ sợi nên hạn chế khả di chuyển xơ sợi với Hệ độ cứng giấy tăng Hiệu sử dụng tinh bột đo thông qua việc xác định lượng tinh bột liên kết với giấy Khi tinh bột hoạt động, lượng tương đương gần tương đương tinh bột tìm thấy giấy thêm vào lúc đầu Lượng tinh bột giấy xác định việc tách triết với axit HCl Tinh bột tách triết xác định đổi màu dung dịch iot đo độ hấp thụ dụng dịch với máy đo phổ Đường cong chuẩn với mức độ tinh bột yêu cầu tính tốn lượng tinh bột có giấy NGUYỄN CƠNG ĐẠT 11 LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT 3.1.2 Huyền phù bột Hiệu tinh bột đo ảnh hưởng chúng việc bảo lưu toàn bảo lưu độn Như polymer mạch dài, tinh bột cation phản ứng theo cách tác nhân bảo lưu làm tăng bảo lưu máy xeo Dựa vào kiểm tra, lựa chọn loại tinh bột phù hợp với độ cation xác mức dùng yêu cầu Sự bảo lưu tinh bột đo thông qua việc xác định lượng tinh bột tự nước tinh bột giấy, thông qua việc so sánh giá trị với lượng ban đầu đưa vào Nếu lượng tinh bột nước cao, có nghĩa lượng nhỏ bảo lưu Tuy nhiên, bảo lưu tinh bột phần ướt khó để xác định Tinh bột đưa trở lại với giấy rách tráng phủ gia keo bề mặt làm sai lệch việc đo tinh bột phần ướt Trong hệ thống bẩn, lượng tạp chất anion lớn, tinh bột có chức chất kìm chế Độ đục hệ thống giảm phần cải thiện bảo lưu xơ sợi vụn chất độn phần loại bỏ tạp chất Nếu mục đích để giảm thiểu lượng tiêu hao tinh bột, việc loại đỏ tạp chất anion với chất kìm chế trước lượng tinh bột cation phần ướt có giá trị Trong trường hợp đó, tinh bột chủ yếu liên kết với xơ sợi, nên hiệu việc tăng bền tối ưu hóa Trong nhiều trường hợp, lượng tạp chất nhỏ, độ đục giữ kiểm soát đơn giản với tinh bột phần ướt 3.2 Ảnh hưởng tinh bột 3.2.1 Sự phân tán tinh bột Tinh bột phải dạng dung dịch “hồ nhớt” trước thêm vào huyền phù bột, nhằm mục đích có chức yếu tố hình thành liên kết Vì tinh bột tan nước nóng, hịa tan q trình nấu Nấu liên tục dạng phun phương pháp chuẩn bị phổ biến hành, nấu gián đoạn sử dụng Trong thiết bị nấu kiểu phun, huyền phù tinh bột bơm qua thiết bị đồng thời đun nóng trực tiếp áp suất cao Nhiệt độ giữ 100oC thiết bị điều chỉnh áp suất thải Điều kiện nấu chọn cho tinh bột hịa tan, tránh việc thủy phân tinh nhiều Một số cố, điều kiện nấu khắc nghiệt gây phá hủy phân tử tinh bột Một hệ NGUYỄN CƠNG ĐẠT 12 LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT độ nhớt tinh bột nấu kiểu phun thấp so với nấu gián đoạn Nhiệt độ nấu phù hợp tinh bột khoai tây phần ướt thiết bị nấu phun 125oC – 135oC Nếu có bể chứa bảo quản sau nấu, khơng có gián đoạn thiết bị Nhiệt độ bảo quản phù hợp 60-80oC Trong nấu gián đoạn, huyền phù tinh bột đun nóng tác dụng khuấy trực tiếp tới 95oC giữ khoảng 20-30 phút Theo nguyên tắc, phân tử tinh bột phần ướt nên trì nguyên vẹn nhắm tới việc xử lý nhẹ nhàng trình nấu bơm Để đảm bảo hỗn hợp riêng, dung dịch tinh bột nên pha loãng tới 1% thấp trước định lượng 3.2.2 Độ cation Độ tinh bột cation thường khoảng 0.02-0.05 Độ cation dựa vào điều kiện phần ướt Nó bị ảnh hưởng lượng mức dùng thành phần huyền phù bột, ảnh hưởng đến tính ion huyền phù bột, bao gồm lượng tạp chất anion có Tinh bột phù hợp kiểm tra ban đầu phịng thí nghiệm để xác định bảo lưu, tính ion zeta Theo kinh nghiệm, điện tích ion zeta gần tới khơng mặt âm điện Mật độ điện tích tinh bột cation tương đối thấp Bảng so sánh mật độ điện tích polymer cation khác Mạng lưới điện tích mang đến hệ thống chất tính tốn từ mật độ điện tích mức dùng sử dụng Mật độ điện tích, mequiv/g Bảng 5: Mật độ điện tích polymer cation Polyme Tinh bột cation D.S 0.035 Tinh bột cation D.S 0.050 Polyaluminum chloride (PAC) Polyethylene imine (PEI) Polydially-dimethyl ammonium chloride Polyacrylamide, độ cation 60% NGUYỄN CÔNG ĐẠT 13 0.2 0.3 3.3 5.1 6.6 8.5 LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT 3.2.3 Dẫn xuất anion lưỡng tính Dẫn xuất tinh bột anion lưỡng tính phát triển cho ứng dụng tinh bột phần ướt Tinh bột anion sử dụng “extremely acid”, hệ thống bột cation hệ thống bảo lưu hai mặt cấu tử anion Tinh bột anion sử dụng để trung hòa ion tự nhiên hệ thống lượng cation đồng loạt cải thiện bảo lưu tinh bột với bảo lưu toàn Tinh bột lưỡng tính có tác dụng khoảng pH rộng so với tinh bột cation Dựa vào tính phân cực đối lập điện tích chúng, tinh bột lưỡng tính hình thành mạng lưới khơng gian ba chiều, cách đó, đem lại hội tốt để tăng liên kết xơ sợi Tinh bột lưỡng tính khuyên dùng cho hệ thống huyền phù bột phức tạp, chứa lượng lớn cấu tử Mặc dù bột tự nhiên có tính anion chứa vài cấu tử có điện tích dương Trong trường hợp đó, việc sử dụng tinh bột anion đem lại lợi bảo lưu tốt so với tinh bột cation thông thường Tinh bột cation sản xuất từ tinh bột khoai tây có chất lưỡng tính khoai tây tự nhiên chứa nhóm anion photphat Do đặc trưng lưỡng tính, tinh bột phần ướt từ khoai tây coi đáng tin cậy điều kiện khác Trong yếu tố khác, ý rằng, huyền phù bột kiềm với độ dẫn cao, tinh bột cation khoai tây gia keo làm tăng gia keo so với loại khác 3.3 Ảnh hưởng gây huyền phù bột 3.3.1 Thế zeta nhu cầu điện tích Tính ion tính chất quan trọng bột hóa, liên quan đến việc phản ứng tinh bột Bởi xơ sợi mang điện tích âm nên hóa chất chủ yếu thêm vào phần ướt có tính cation Nếu phụ gia cation dùng q nhiều, chất ion hệ thống mang tính cation Nó đặc trưng việc tăng mức tiêu thụ hóa chất tính thường xun khả chạy máy thấp Hóa chất có tính cation cao thay sản phẩm độ cation yếu hơn, bảo lưu Mật độ điện tích tinh bột phần ướt thấp so sánh với tác nhân bảo lưu Vì lý này, vấn đề thường xác định tính chất độ bền, điều mà kết việc bảo lưu tinh bột phần ướt Cũng có lượng nhiều tinh bột vịng tuần NGUYỄN CƠNG ĐẠT 14 LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT hồn nước máy, điều khơng kinh tế thời gian dài gây vấn đề vi sinh Chuẩn độ dung dịch keo phương pháp thông thường để tính ion Phương pháp làm xác định độ cation anion yêu cầu hệ thống Mẫu lọc trước xác định Cần có tính toán trước thể kết Khi mẫu lọc với giấy lọc dày, cuối chứa chất hòa tan, bao gồm chất tinh bột cation không giữ lại Khi mẫu chuẩn độ, Hình 4: Thế zeta bảo lưu tinh bột với mức dùng kết đạt bao gồm tinh bột (DS=0.035) tính ion chất hịa tan Tuy nhiên, khơng phải tính ion tồn hệ thống Các chất hịa tan nói chung có độ cation cao so với tồn hệ thống, giá trị cho tính ion khơng thể giá trị tuyệt đối, thế, dấu hiệu thay đổi xảy hệ thống Thế zeta đặc trưng cho tính ion Khơng giống máy đo điện tích hạt, zeta thể hạt dung dịch xung quanh Điều cho thấy hạt liền kề thường đẩy cơng Trong hạt, tính ion cịn lại tính anion zeta dương Bảo lưu tinh bột bắt đầu làm hư hỏng zeta bắt đầu dương, biểu đồ Điều cho thấy rằng, mức dùng tinh bột cation phần ướt lớn, độ cation tinh bột sử dụng thấp 3.3.2 Chất độn Độn chất anion tự nhiên tương đồng với xơ sợi, hấp phụ tinh bột cation Sự hấp phụ tinh bột lên chất độn cải thiện bảo lưu nó, lượng cao chất độn làm giảm tạm thời tính chất độ bền với việc sử dụng tinh bột ban đầu Khi mục đích mức độ bền khơ, địi hỏi tinh bột cho giấy chứa độn cao so với khơng chứa NGUYỄN CƠNG ĐẠT 15 LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT Xu hướng sản xuất giấy pH trung hịa kiềm tính làm tăng việc sử dụng canxi cacbonat chất độn Tuy nhiên, Canxi cacbonat chứa nhiều tạp chất (photphat, silacat) , điều coi chất độn chất anion Tinh bột cation liên kết với chất độn, với xơ sợi cải thiện viêc bảo lưu chất độn Việc sử dụng Canxi cacbonat kết tủa, PCC, chất độn trở lên phổ biến PCC sản xuất nhiều loại khác với hình dạng, kích thước, phân bố hạt khác PCC có tính cation, điều cải thiện bảo lưu xơ sợi Việc sử dụng PCC giảm lượng sử dụng giảm chất trợ bảo lưu cation tinh bột cation chất trợ bảo lưu tổng hợp Tuy nhiên, lý độ bền, khơng thể thấp lượng tinh bột cation Để trì mức bảo lưu mức dùng tinh bột, lượng chất trợ bảo lưu cation thường giảm Một số loại PCC tạo độ bền cao so với chất độn truyền thống Điều lần làm giảm yêu cầu lượng tinh bột cation giữ nguyên mức độ bền cần đạt 3.3.3 Độ dẫn Độ dẫn nước trắng yếu tố định bảo lưu tinh bột Dựa vào số nghiên cứu, độ dẫn vượt 5000 μS/cm làm cho bảo lưu tinh bột Việc bảo lưu tốt giảm đáng kể mức trên, 2000 μS/cm coi giới hạn Khi giới hạn bị vượt qua, bảo lưu tinh bột bị hỏng với tốc độ nhanh Sẽ nguy hiểm chất điện phân tạo độ dẫn cao huyền phù bột Các ion hóa trị hai chứng minh hiệu gấp 10 lần việc làm giảm bảo lưu tinh bột so với ion hóa trị Sự hấp phụ tinh bột Canxi cacbonat bị ngăn cản phần lớn canxi Ion Ca2+ làm tăng mạng lưới điện tích caion, cách cản trở ảnh hưởng lẫn tinh bột cation bề mặt ion cacbonat Ngược lại, anion sunphat đề xuất đến gây tác dụng ngược lại làm tăng hấp phụ tinh bột Các kết giống đạt nghiên cứu phấp phụ tinh bột xenluloza hiệu loại chất điện phân khác Khi hàm lượng muối tăng, phân tử tinh bột ngắn lại phản ứng khơng cịn hiệu hàm lượng chất điện phân thấp Nó lý giải lớp tĩnh điện kép hình thành bề mặt xơ sợi mỏng dần hệ nồng độ chất NGUYỄN CÔNG ĐẠT 16 LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT điện phân cao, gây giảm hấp phụ tinh bột Dựa vào nhiều nghiên cứu khác nhau, lượng Canxi huyền phù bột vượt 200 mg/l làm giảm đáng kể bảo lưu tinh bột 3.3.4 pH Trước đây, tinh bột cation với nhóm nitơ bậc phân tử sử dụng Tinh bột cation bậc cần proton hóa để thành chất cation Nó phản ứng mơi trường pH axit hoạt tính tăng pH cao Tinh bột cation bậc nay, có tính cation pH từ 4-9, sử dụng Độ pH ảnh hưởng tới phản ứng tinh bột nhiều cách Điện tích ion xơ sợi tăng pH tăng Tinh bột cation liên kết chặt với xơ sợi bảo lưu tinh bột tăng tăng pH 3.3.5 Tạp chất anion Nguyên liệu gỗ nguồn gây chất anion có hại (được gọi tạp chất) Thông thường, bột gỗ nghiền, bột nhiệt bột tái chế chứa lượng phong phú tạp chất anion Chúng có xu hướng tích lũy lại nước thu hồi máy xeo; hệ thống nước kín tích tụ rõ ràng Tạp chất anion phản ứng với phụ gia cation tinh bột cation hay chất trợ bảo lưu cation, điều điều làm giảm hiệu hóa chất liên quan Nguyên liệu gây số vấn đề bám vào lưới chăn ép điều kiện khô, tồi tệ làm tắc chúng Thêm chất kìm chế trước định lượng tinh bột cation tạo ta lợi ích đáng kể Một lợi ích phổ biến hấp phụ tinh bột lên xơ sợi độn tốt hơn, điều có nghĩa bảo lưu tồn tăng Độ bền giấy nâng cao tinh bột hình thành liên kết cách rõ ràng giữ xơ sợi với tạp chất.Các chất kìm chế điển hình polyaluminum chloride, polyDADMAC, PAM polyethyleneimine Các chất kìm chế tinh bột chứng minh có hiệu loại bỏ tốt tạp chất 3.3.6 Hệ thống bảo lưu Tinh bột cation polymer bảo lưu hiệu quả, dựa vào kích thước phân tử lớn điện tích cation Mặc dù tinh bột phần ướt sử dụng để nâng cao độ bền, nhiên coi chất trợ bảo lưu Tinh bột thường sử dụng với PAM anion keo silica NGUYỄN CÔNG ĐẠT 17 LỚP: CN GIẤY K57 HÓA HỌC PHẦN ƯỚT Trong hệ thống bảo lưu mà PAM cation coi chất trợ bảo lưu – kết hợp với chất anion, tinh bột không sử dụng cấu tử hệ thống bảo lưu, cần ý đến vị trí lượng tinh bột phần ướt sử dụng Nếu tinh bột thêm gần với chất trợ bảo lưu, khơng thể liên kết với xơ sợi có nhiều yếu tố cation trợ bảo lưu chiếm vị trí anion tự sẵn có Trong trường hợp này, bảo lưu tinh bột độ bền giấy giảm Tình hình cải thiện cách di chuyển điểm thêm tinh bột xa hịm đầu máy Có vài lý khác làm giảm bảo lưu tinh bột hệ thống miêu tả phía Vì phần lớn phụ gia sử dụng để sản xuất giấy chất cation nên điện tích anion tiến tới giá trị chất thêm vào Ví dụ như, tinh bột coi cấu tử thêm vào hệ thống lượng tác nhân bảo lưu cation tăng lên, điện tích ion chuyển thành cation Trong tình này, bảo lưu tinh bột thiếu hụt vị trí anion tự do, tính cation hệ thống cần phải giảm Phèn, polyaluminum chloride hay tác nhân bảo lưu cation đảm nhiệm phần cho tính cation hệ thống, ảnh hưởng tính anion có ưu lớn Mức dùng thấp cấu tử nói làm điện tích mang tính anion hơn, điều ảnh hưởng thuận lới đến việc bảo lưu tinh bột bảo lưu toàn Keo thực vật “Guar gum” loại keo thực vật phổ biến Nó polymer cacbonhydrat chứa glactoza manoza khối xây dựng cấu trúc Tỉ lệ hai cấu tử khác phụ thuộc vào nguồn gốc loại keo, loại keo nói chung thường chứa đơn vị glactoza hai đơn vị manoza “Locust bean gum” nguồn galactomannan khác có liên quan chặt chẽ “Karaya gum” nhánh polysaccarit, có nhiều phức tạp cấu trúc NGUYỄN CƠNG ĐẠT 18 LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT “Guar gum” polymer ăn sử dụng tác nhân cô đặc cho hấp phụ liên kết hydro với khoáng chất bề mặt xenluloza Ete hóa với tác nhân khơng có tính ion, có tính anion tính cation mở rộng hữu ích keo Ứng dụng chúng giống với tinh bột Hình 5: Cấu trúc Galactomannan Guar gum Khi sử dụng phụ gia phần ướt, glactomannan keo thực vật bổ sung hemixenluloza tự nhiên vào liên kết với tờ giấy Một thống chung rằng, lực Van-der-Waal liên kết hydro yếu tố ảnh hưởng đến chiều dài, độ bền mạnh liên kết 1-4 nhóm β-D-manopryranoza, với mắt xích αD-galactopyranoza liên kết 1-6 (hình 8), có khả bắc cầu nối liên kết với xơ sợi liền kề Lợi ích việc dùng chất phụ gia ta - Độ bền: Độ chịu bục, độ bền gấp độ bền kéo tăng Độ bền xé cải thiện độ bền kéo tốt giảm yêu cầu nghiền - Lực để làm bong xơ sợi khỏi bề mặt tăng NGUYỄN CÔNG ĐẠT 19 LỚP: CN GIẤY K57 HĨA HỌC PHẦN ƯỚT - Tác dụng thủy hóa: Glactomannan góp phần vào liên kết nước giảm lượng yêu cầu nghiền bột, ví dụ giảm tiêu hao lượng - Sự nén phẳng: Áp lực yêu cầu để nén giấy cactong sóng tăng - Độ xốp: Độ xốp giấy giảm - Bảo lưu vụn thoát nước: Bảo lưu xơ sợi vụn tăng Đặc biệt, guar gum cation hiệu chất trợ bảo lưu thoát nước - Tốc độ máy: Các sản phẩm có tốc độ cao có khả thoát nước cải thiện Các nghiên cứu từ năm 1950 cho thấy keo thực vật thêm vào huyền phù bột để phân tán xơ sợi Điều hiệu bôi trơn keo thực vật lên bề mặt xơ sợi, để phân bố điện tích anion bề mặt xơ sợi, để bảo vệ tính keo Keo thực vật phá vỡ tượng keo tụ, điều khuyến khích việc sử dụng khu vực mà loại ảnh hưởng yêu cầu Mức dùng xấp xỉ 0.1% “locust bean gum” đủ để cải thiện hình thành Mặc dù lượng “guar gum” “locust bean gum” cần để đạt cải thiện độ bền mong muốn (thường khoảng 2-5kg/tấn) nhỏ so với lượng cần tinh bột, giá thành cao số tính bị giới hạn nên bị hạn chế sử dụng sản xuất giấy, chủ yếu sử dụng sản phẩm thực phẩm có độ tinh chế cao Các loại keo chứng minh khó biến tính với tinh bột Vì vậy, ứng dụng keo việc cải thiện độ bền khô sản xuất giấy giảm dần qua năm tinh bột cation ngày quan tâm sản phẩm hàng đầu CMC phụ gia phần ướt Cacboxy metyl xenluloza (CMC) dẫn xuất cacboxy tan nước xenluloza Hàm lượng caboxy kích thước phân tử khác mức độ Với vài khác biệt, ứng dụng CMC cho phụ gia phần ướt yếu tố tăng bền khô bị hạn chế loại giấy đặc biệt-giấy có giá thành cao Vì CMC có tính anion có chứa nhóm cacboxyl, cần phải có cấu tử cation để bảo lưu, thường phèn Việc sử dụng phèn hạn chế việc sử dụng CMC hệ thống bột có tính axit NGUYỄN CƠNG ĐẠT 20 LỚP: CN GIẤY K57