TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA TINH BỘT CATION VÀ MEYPROID LÊN ĐỘ BỀN KÉO TỜ GIẤY CÓ ĐỊNH LƯỢNG 60gm2

Chúng được sử dụng để lấp đầy những khoảng trống giữa các xơ sợi bột làm tăng độ trắng, tăng độ đục cho giấy, làm giảm sự biến dạng của tờ giấy khi gặp nước và hạ giá thành sản phẩm.. -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA TINH BỘT CATION VÀ MEYPROID LÊN ĐỘ BỀN KÉO TỜ GIẤY CÓ ĐỊNH LƯỢNG

60g/m2

Họ và tên sinh viên : PHAN THỊ HỒNG HÀ Ngành : CÔNG NGHỆ GIẤY - BỘT GIẤY

Niên Khóa : 2005- 2009

TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA TINH BỘT CATION VÀ MEYPROID LÊN

Tác giả

PHAN THỊ HỒNG HÀ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Công nghệ giấy và bột giấy

Giáo viên hướng dẫn : ThS LÊ TIỂU ANH THƯ

Tháng 07/2009

LỜI CẢM TẠ

Luận văn tốt nghiệp hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của:

- Cô Ths.Lê Tiểu Anh Thư đã tận tình dạy dỗ và hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài

- Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM cùng quý thầy cô Khoa Lâm Nghiệp, thầy cô bộ môn cơ sở đã dạy dỗ tôi trong suốt thời gian học tại trường

- Ban Giám Đốc công ty TNHH Glatz đã cung cấp nguyên liệu và hóa chất thí nghiệm thực hiện đề tài Và toàn thể nhân viên đã chỉ bảo tân tình cho tôi những kiến thức thực tế trong quá trình thực tập ở công ty

- Ks Hồ Thị Thùy Dung, người quản lý phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy trường đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm

- Gia đình của tôi đã luôn động viên và ủng hộ tôi trong suốt chặng đường học tập

- Các bạn lớp DH05GB đã nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến hoàn thiện đề tài

TP HCM, ngày 11 tháng 07 năm 2009

và Meyproid đối với độ bền kéo của giấy có định lượng 60g/m2 Chú ý trong quá trình tiến hành thí nghiệm phải cố định các yếu tố khác để cho được kết quả chính xác

Kết quả đạt được: độ bền kéo khi sử dụng tinh bột cation ở mức 0,5% so với bột KTD tăng 9,42% so với không sử dụng tinh bột cation, ở mức 1% là 13,04%, 1,5% là 18,87%, 2% là 24,03%, 2,5% là 29,43% Độ bền kéo khi sử dụng Meyproid ở mức 0,5% tăng 11,95% so với khi chưa sử dụng Meyproid, 1% tăng 17,75%, 1,5% tăng 19,74%, 2% tăng 28,30%, 2,5% tăng 36,49% Như vậy ta thấy rằng độ bền kéo khi sử dụng Meyproid cao hơn khi sử dụng tinh bột cation

MỤC LỤC

Chương 1 MỞ ĐẦU 1 U

1.1.Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Giới hạn đề tài 1

Chương 2 TỔNG QUAN 2

2.1 Giới thiệu về phụ gia sử dụng trong ngành giấy 2

2.2 Độ bền cơ lý của giấy 3

2.3 Tầm quan trọng và ứng dụng của chất gia cường khô 3

2.4 Chất gia cường khô từ tinh bột 4

2.4.1 Nguyên liệu để sản xuất tinh bột 4

2.4.2 Quá trình tổng hợp tinh bột 5

2.4.3 Thành phần hóa học 5

2.4.4 Tính chất gia keo của tinh bột 6

2.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng hiệu quả sử dụng tinh bột 7

2.4.5.1 Ảnh hưởng của quá trình hồ hóa tinh bột: 7

2.4.5.2 Ảnh hưởng của mật độ điện tích của tinh bột cation 8

2.4.5.3 Các dẫn xuất anionic và lưỡng tính 9

2.4.5.4 Độ dẫn điện 9

2.4.5.5 pH 10

2.4.5.6 Tạp chất anionic 10

2.4.5.7 Các hệ bảo lưu 10

2.5 Nhựa cây làm chất keo bền khô 11

2.6 CMC sử dụng làm chất tăng bền khô 12

2.7 Chất keo bền khô tổng hợp 3.1 Nội dung nghiên cứu 16

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 16

3.2.1 Thời gian nghiên cứu 16

3.2.2 Địa điểm nghiên cứu 16

3.3.1 Vật liệu thí nghiệm 16

3.3.2 Dụng cụ thí nghiệm 17

3.4 Phương pháp nghiên cứu 17

3.4.1 Quy trình bố trí thí nghiệm thể hiện ở hình 3.1 18

3.4.2 Mô tả quá trình thí nghiệm 19

3.4.3 Phương pháp thực hiện 20

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

4.1 Ảnh hưởng của tinh bột cation lên độ bền kéo 22

4.2 Ảnh hưởng của Meyproid lên độ bền kéo 23

4.3 So sánh ảnh hưởng của tinh bột cation và meyproid lên độ bền kéo 24

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25

5.1 Kết luận 25

5.2 Kiến nghị 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

APAM Anionic Polyacrylamid

CMC Carboxymethyl cellulose

KTD Khô tuyệt đối

LBKP Large bleached kraft paper

SCAN Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee

SR Schopper Reigler

STT Số thứ tự

NBKP Needle bleached kraft paper

PAM Polyacrylamid

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Phân tử amylose 6

Hình 2.2: Phân tử amylopectin .6

Hình 2.3: Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên 7

Hình 3.1: Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm 18

Hình 4.1: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của tinh bột cation lên độ bền kéo 22

Hình 4.2: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của meyproid lên độ bền kéo 23

Hình 4.3: Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của tinh bột cation và meyproid lên độ bền kéo .24

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các thành phần hóa học của nguyên liệu tinh bột 5

Bảng 2.2: Cường độ điện tích của một số polymer cationic 8

Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của tinh bột cation TAP-GD 17

Bảng 3.2: Các thông số kỹ thuật cơ bản của tinh bột Meyproid 17

Bảng 3.3: Lượng tinh bột cation và Meyproid(%) cho vào huyền phù bột qua các lần thí nghiệm 19

Độ bền của giấy có thể được làm tăng bằng cách làm thay đổi thành phần xơ sợi, ví dụ tăng tỉ lệ bột hóa sợi dài giảm hàm lượng chất độn Thay đổi các điều kiện vận hành cũng có thể cải thiện độ bền, ví dụ bằng cách cải thiện sự tạo hình tờ giấy, phát triển pH, hoặc thêm quá trình ép ướt,…

Tuy nhiên, đối với bột hóa, thủy hóa và chổi hóa có lẽ vẫn là phương pháp thông dụng nhất để phát triển độ bền một khi những bất lợi của quá trình này được hạn chế đúng mức Còn sự lựa chọn chất gia cường khô là một lựa chọn có tính thực tế Và tinh bột biến tính là một trong những chất thường dùng làm keo bền khô trong sản xuất giấy Vì vậy vấn đề đặt ra là lượng gia tinh bột biến tính vào huyền phù bột bao nhiêu

là hợp lí và loại tinh bột nào cho độ bền tờ giấy tốt hơn Đó là lí do tôi thực hiện đề tài

“Tìm hiểu ảnh hưởng của tinh bột cation và Meyproid lên độ bền kéo tờ giấy có định lượng 60g/m2”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu ảnh hưởng của Meyproid và tinh bột cation lên độ bền tờ giấy có định lượng 60g/m2 với lượng gia vào khác nhau Từ đó so sánh và tìm ra chất có hiệu quả tối ưu đối với độ bền của giấy có định lượng 60g/m2

1.3 Giới hạn đề tài

Đề tài chỉ thay đổi lượng tinh bột cation và tinh bột meyproid vào huyền phù bột và theo dõi độ bền kéo trong khoảngg 0% đến 2,5% so với khối lượng bột khô tuyệt đối Cố định các yếu tố : tỉ lệ phối trộn bột, nồng độ bột, nồng độ tinh bột, độ nghiền, pH qua các lần thí nghiệm Đề tài không tìm hiểu về chi phí của hai loại tinh bột trên

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về phụ gia sử dụng trong ngành giấy (Nguồn: Theo Cao Thị Nhung,

2003, Công Nghệ Sản Xuất Bột Giấy Và Giấy)

Trong quá trình sản xuất giấy ngoài nguyên liệu cơ bản là bột giấy, người ta còn

sử dụng thêm các hóa chất trộn vào trong huyền phù bột giấy trước khi xeo, nhằm mục đích truyền cho giấy những tính chất riêng biệt mà mình bột giấy không mang lại cho giấy Những hóa chất đó được gọi là các chất phụ gia Các chất phụ gia thường được phân loại theo tác dụng của chúng thành những nhóm chất sau đây:

- Chất độn: là những bột mịn vô cơ có màu trắng, không tan trong nước Chúng được sử dụng để lấp đầy những khoảng trống giữa các xơ sợi bột làm tăng độ trắng, tăng độ đục cho giấy, làm giảm sự biến dạng của tờ giấy khi gặp nước và hạ giá thành sản phẩm Chất độn thường là những chất khoáng có sẵn trong tự nhiên như bột

đá vôi (CaCO3), bột đất sét (cao lanh: Al2O3.SiO2), bột talc hoặc bột nhân tạo như đioxit titan (TiO2)

- Chất keo chống thấm: là những chất sử dụng để làm giảm khả năng hấp thụ nước của giấy, làm cho giấy trở nên không thấm khi gặp nước Có hai phương pháp gia keo:

Gia keo nội bộ: dùng những chất có tính kị nước như keo nhựa thông, keo AKD, keo ASA, … trộn chung với bột giấy trước khi xeo

Gia keo bề mặt: dùng những chất có tính tạo màng như keo tinh bột, keo polyvinylalcol, CMC, … để tráng phủ lên bề mặt tờ giấy

- Chất bảo lưu: là những chất được sử dụng nhằm mục đích giữ lại được nhiều hơn trên mặt lưới máy xeo những hạt mịn: xơ sợi mịn, các hạt chất độn, các hạt keo chống thấm có trong thành phần bột giấy trong quá trình xeo giấy Những chất bảo lưu thông dụng là phèn nhôm, tinh bột cation, PAM (Polyacrylamid), các chất trong hệ

- Chất keo bền khô: là những chất được sử dụng để làm tăng độ bền cơ lý của giấy khi tấm giấy ở trạng thái khô

- Chất keo bền ướt: là những chất được sử dụng để làm tăng độ bền cơ lý của giấy khi tấm giấy ở trạng thái ướt Những chất keo bền ướt thông dụng là: keo ureformaldehyd, keo melamine formaldehyd

- Chất tạo màu: là những chất dùng để xeo các loại giấy có màu sắc khác nhau và chất làm trắng quang học

2.2 Độ bền cơ lý của giấy

Độ bền cơ lý của giấy biểu thị khả năng của giấy chịu đựng những lực tác dụng

từ bên ngoài lên giấy

Độ bền cơ lý của tấm giấy được biểu thị qua các chỉ số sau:

- Độ chịu kéo (chiều dài đứt) của giấy: là khả năng chịu lực kéo của giấy trên máy đo chuyên dụng

- Độ chịu xé: là khả năng chịu được lực bằng bao nhiêu khi tờ giấy bị xé trên máy đo chuyên dụng

- Độ chịu gấp: là khả năng chịu được bao nhiêu lần gấp qua gấp lại của tờ giấy trên máy đo chuyên dụng

- Độ chịu bục: là khả năng của giấy chịu được áp lực tối đa bằng bao nhiêu cho tới trước khi bị thủng khi mẫu giấy được đo trên máy đo chuyên dụng

2.3 Tầm quan trọng và ứng dụng của chất gia cường khô (Nguồn: Theo Cao Thị

Nhung, 2003, Công Nghệ Sản Xuất Bột Giấy Và Giấy)

Độ bền khô là một tính chất quan trọng của tờ giấy trên máy xeo, mà chủ yếu

có từ sự hình thành liên kết giữa các xơ sợi khi mạng xơ sợi hình thành và được sấy

Độ bền thực sự của tờ giấy phụ thuộc vào độ bền của xơ sợi đơn và của các liên kết giữa các xơ sợi, số lượng liên kết và sự phân bố giữa các liên kết (nghĩa là sự tạo hình

tờ giấy) Tuy nhiên, chất gia cường khô làm phát triển một hoặc nhiều đặc tính nhưng không phát triển độ bền của xơ sợi đơn

Độ bền của giấy có thể được gia tăng khi làm tăng số liên kết hydro giữa các phân tử xenlulo và điều này có thể thực hiện bằng hai cách:

- Phương pháp cơ học: đó là phương pháp thực hiện quá trình thủy hóa và chổi hóa xơ sợi Tuy nhiên, quá trình nghiền này tiêu tốn nhiều năng lượng, có khả năng làm cắt ngắn xơ sợi và làm giảm độ bền xé

- Phương pháp hóa học: phương pháp hóa học là sử dụng chất phụ gia – được gọi là chất gia cường khô Chúng có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Khái quát, chúng cung cấp thêm một số liên kết hydro cho sợi, đây là quá trình hydrat hóa sợi có bản chất hóa học, nó không cắt ngắn xơ sợi và do vậy không làm giảm độ bền xé Việc

sử dụng chất gia cường khô còn làm tăng độ bảo lưu các hạt mịn và tăng độ thoát nước cho đệm sợi trên lưới

Chất gia cường khô thông thường tan trong nước, các polymer ưa nước, (thiên nhiên hoặc tổng hợp) Các thương phẩm nổi bật nhất là:

9 Tinh bột biến tính

9 Keo thực vật

9 Carbonxylmethyl xenlulo

9 Các polymer tổng hợp

2.4 Chất gia cường khô từ tinh bột (Nguồn: Theo Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003, Kỹ

Thuật Xenlulô Và Giấy)

2.4.1 Nguyên liệu để sản xuất tinh bột

Mặc dù tinh bột có mặt trong tất cả các loại cây, nhưng việc sản xuất chỉ kinh tế khi tinh bột được trích từ một vài loại cây đặc chủng Nổi bật nhất là khoai tây, khô, lúa mì và khoai mì Ở Phần Lan, tinh bột cũng được trích từ lúa mạch và ở châu Á từ tinh bột khoai mì và ứng dụng của nó phát triển rất nhanh Ngô được trồng ở Mỹ và chỉ chứa tinh bột loại amylopectin

Bảng 2.1 Các thành phần hóa học của nguyên liệu tinh bột

% Khoai tây Ngô Lúa mạch Lúa mì Bột khoai mì Hàm lượng ẩm

Sự tổng hợp sinh học giải phóng 1,1 tấn oxygen Tinh bột là một carbon hydrate xuất hiện tự nhiên trong các cây trồng Nó được tập trung hạt, rễ, củ của cây, thực hiện chức năng dự trữ dinh dưỡng trong thời kỳ mới phát triển

2.4.3 Thành phần hóa học

Tinh bột là một polymer glucose trong đó các đơn vị anhydroglucose liên kết

với nhau bởi liên kết 1,4-α-D-glucosidic Các mạch glucose là mạch thẳng (amylose)

và mạch nhánh (amlopectin) Chiều dài mạch của amylose ngắn hơn amylopectin

Trong trường hợp thông thường, phần tỷ lệ amylose thấp, nghĩa là khoảng 20% - 25% Kích thước của mạch tinh bột cũng thay đổi phụ thuộc vào loại thực vật mà tinh bột được trích ra Tinh bột có mặt trong các loại cây dưới dạng các hạt nhỏ (2 - 150µm)

Hình 2.2: Phân tử amylopectin Hình 2.1: Phân tử amylose

2.4.4 Tính chất gia keo của tinh bột

Tính chất gia keo của tinh bột có liên quan đến mật độ các nhóm hydroxyl mà

có khả năng hình thành liên kết hydro Trong một dung dịch (dung môi là nước), liên kết hydro hình thành giữa nhóm hydroxyl và phân tử nước, tinh bột kết dính với nước bằng liên kết hydro Đó là một đặc tính quan trọng, ví dụ trong quá trình chuẩn bị màu

để tráng phấn Phân tử nước bay hơi trong quá trình sấy và liên kết hydro hình thành giữa tinh bột và xơ sợi hoặc các thành phần khác được sử dụng trong huyền phù bột giấy Tinh bột sẽ tác dụng như một chất gia cường khô trong giấy

Tinh bột không tan trong nước lạnh Khi hỗn hợp tinh bột và nước được đun nóng, các mạch tinh bột tách rời nhau và tinh bột bắt đầu hòa tan, tại một nhiệt độ nào

đó thì có sự gel hóa, độ nhớt của dung dịch tăng đột ngột Khi dung dịch nguội, mạch tinh bột kết hợp lại, thông qua liên kết hydro và độ nhớt một lần nữa tăng lên Trong một dung dịch loãng, các mạch tinh bột đã kết hợp lắng xuống đáy của thùng chứa nhưng trong một dung dịch đặc, chúng hình thành gel 3 chiều

Để tăng sự tương tác với sợi tinh bột cần được biến tính Phổ biến nhất là nó được bổ sung những nhóm chức để có điện tích bề mặt trái dấu với điện tích bề mặt sợi, gọi là tinh bột cationic Thông thường lượng tinh bột cationic dùng là 0.2% - 2.5%

so với hàm lượng chất rắn phần ướt Khi hàm lượng dưới 1% và các yếu tố phá hủy không quá mức, sự hấp thụ tinh bột đạt đến gần 100%

Hình 2.3: Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên 2.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng hiệu quả sử dụng tinh bột (Nguồn: Theo Nguyễn Thị

Ngọc Bích, 2003, Kỹ Thuật Xenlulô Và Giấy)

2.4.5.1 Ảnh hưởng của quá trình hồ hóa tinh bột:

Tinh bột tự nhiên hoặc tinh bột cation đều cần phải hồ hóa thì mới có hiệu quả làm tăng độ bền khô cho giấy Vì chỉ sau khi được hồ hóa ở nhiệt độ cao trong nước thì tinh bột mới tan và phân tán được đều trong huyền phù bột giấy

Có hai phương pháp hồ hóa tinh bột:

- Phương pháp nấu gián đoạn: tinh bột sau khi được nhào với nước, thì được cho vào nồi nấu gián đoạn, trong đó nó được khuấy trộn liên tục và gia nhiệt trực tiếp bằng hơi nóng lên đến nhiệt độ 95oC và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 20 – 30 phút

để hoàn thiện quá trình hồ hóa của tinh bột

- Phương pháp nấu liên tục: hòa tinh bột vào nước lạnh rồi dòng này được bơm liên tục qua thiết bị nấu liên tục Trong thiết bị nấu này, dòng tinh bột được gia nhiệt trực tiếp bằng hơi nước áp lực cao và nồi nấu luôn được giữ ở nhiệt độ 120 –

135oC Thời gian lưu của dòng tinh bột trong thiết bị nấu được điều chỉnh sao cho tinh bột được tan hoàn toàn Nếu nhiệt độ trong thiết bị nấu cao quá hoặc thời gian lưu lâu

quá thì tinh bột sẽ bị thủy phân, đứt mạch, độ nhớt của hồ tinh bột giảm và kết quả là hiệu quả sử dụng tinh bột sẽ giảm Thường thì độ nhớt của hồ tinh bột nấu bằng phương pháp liên tục bao giờ cũng thấp hơn so với nấu gián đoạn Ngày nay phương pháp nấu liên tục hay được áp dụng hơn so với phương pháp gián đoạn

Sau khi kết thúc giai đoạn hồ hóa ở cả hai phương pháp nấu trên, nếu muốn bảo quản hồ tinh bột trong một thời gian thì phải bơm hồ tinh bột ngay sang thùng chứa tinh bột bảo quản Trong quá trình bảo quản, càng ít đụng chạm đến hồ tinh bột này càng tốt hoặc giữ ở chế độ khuấy trộn ôn hòa nhất để tránh hiện tượng vữa của hồ tinh bột Nhiệt độ trong thùng chứa này phải duy trì ở 60 – 80oC cho đến khi hồ tinh bột được sử dụng

Trước khi sử dụng hồ tinh bột để gia vào dòng bột trước khi xeo thì phải hòa loãng hồ tinh bột tới nồng độ dưới 1% Như vậy tinh bột mới dễ phân tán đều trong bột giấy

2.4.5.2 Ảnh hưởng của mật độ điện tích của tinh bột cation

Mật độ điện tích của tinh bột cation được biểu thị bằng đơn vị là mequiv./g Các chất tích điện dương khác nhau thì có mật độ điện tích khác nhau

Bảng 2.2: Cường độ điện tích của một số polymer cationic

Polymer Cường độ điện tích, mequiv./g

Tinh bột cationic, độ thế (D.S) 0.035

Tinh bột cationic, D.S 0.050

Polyaluminum chloride (PAC)

Polyethylene imine (PEI)

Polydiallyl-dimethyl ammonium chloride

(PDACMAC)

Polyacrylamide , 60% độ cation

0.2 0.3 3.3 5.1 6.6

8.5

Theo bảng 2.2 thì mật độ tích điện của các chất tích điện dương như sau: PAM

>PEI > PAC >tinh bột cation (có D.S = 0,05) >tinh bột cation (có D.S = 0,035) Mật

độ điện tích càng cao thì khả năng trung hòa vớ độ điện âm của xơ sợi và các hạt mịn khác trong huyền phù bột càng cao, nghĩa là càng tốn ít lượng chất cation polymer cần

gia vào dòng bột Thí dụ: nếu cần sử dụng cation polymer thì dùng PAM sẽ cần gia một lượng ít hơn so với dùng tinh bột

2.4.5.3 Các dẫn xuất anionic và lưỡng tính

Các dẫn xuất tinh bột anionic và lưỡng tính (chứa các nhóm cationic và anionic) cũng được ứng dụng trong phần ướt

Tinh bột anionic được sử dụng trong các hệ bột giấy cationic axit mạnh và trong hệ bảo lưu hai thành phần (với vai trò như là một thành phần anionic) Tinh bột anionic có thể được sử dụng để trung hòa các hệ quá anionic và đồng thời cải thiện bảo lưu tinh bột và bảo lưu toàn bộ

Tinh bột lưỡng tính thực hiện chức năng trong phạm vi pH rộng hơn tinh bột cationic Nhờ có tính phân cực tương phản của các điện tích của chúng, tinh bột lưỡng tính có thể hình thành mạng ba chiều và làm tăng khả năng phát triển liên kết giữa xơ sợi Tinh bột lưỡng tính cũng được đề nghị nên sử dụng đối với hệ huyền phù bột phức tạp có chứa nhiều thành phần

Tinh bột cationic được sản xuất từ tinh bột khoai tây có bản chất lưỡng tính, vì tinh bột khoai tây tự nhiên có chứa nhóm anion phosphate Vì đặc trưng lưỡng tính của chúng, tinh bột khoai tây sử dụng trong phần ướt là lựa chọn đáng tin cậy nhất Trong huyền phù bột kiềm tính với độ dẫn điện cao, tinh bột cationic từ khoai tây cho hiệu quả gia keo nhiều hơn các loại tinh bột cationic khác

2.4.5.4 Độ dẫn điện

Độ dẫn điện nước trắng là một yếu tố quyết định trong bảo lưu tinh bột Theo một vài nghiên cứu, độ dẫn điện hơn quá 5000 µS/cm làm cho bảo lưu tinh bột không thể xảy ra độ dẫn 2000 µS /cm có thể được lưu ý như là giá trị tới hạn Khi giá trị này

bị vượt qúa, bảo lưu tinh bột giảm rất rõ

Đó là tới hạn mà các chất điện ly làm sinh ra độ dẫn điện quá cao của huyền phù bột Các ion có hóa trị gây ảnh hưởng sự làm sút kém bảo lưu tinh bột hơn 10 lần các ion hóa trị một Sự hấp phụ của tinh bột lên canxi carbonate bị cản trở nhất bởi canxi Các ion Ca2+ làm tăng số mạng điện tích cationic, do đó làm cản trở tương tác giữa tinh bột cationic và bề mặt anion carbonate Ngược lại, anion sulphate được cho

là thực hiện một ảnh hưởng đối và làm tăng sự hấp phụ tinh bột Kết quả tương tự cũng có được khi nghiên cứu sự hấp phụ của tinh bột lên xenluloz và ảnh hưởng của

các chất điện ly Khi hàm lượng muối tăng, phân tử tinh bột co lại và không phản ứng hiệu quả như tại hàm lượng chất điện ly thấp Giải thích được đề nghị là lớp điện tích kép hình thành trên bề mặt xơ sợi bị mỏng đi khi nồng độ chất điện ly cao và làm cho

sự hấp phụ tinh bột giảm Theo nhiều khảo sát nhau, thì khi vượt quá 200mg/l ion Cannxi trong huyền phù bột làm giảm đáng kể bảo lưu tinh bột

2.4.5.5 pH

Các tinh bột cationic có các nhóm thế ammonium bậc ba trong phân tử cần được protorn hóa thành cation Vì vậy, nó chỉ phản ứng trong môi trường axit và chúng sẽ mất hoạt tính khi pH tăng Các tinh bột cationic bậc bốn là cation trong phạm

vi 4-9, hiện nay được sử dụng phổ biến hơn

pH ảnh hưởng hoạt động của tinh bột theo nhiều cách khác nhau Điện tích anionic của xơ sợi tăng khi pH trở nên cao hơn Điều này làm kết dính tinh bột chặt hơn lên xơ sợi và sẽ tăng bảo lưu tinh bột

2.4.5.6 Tạp chất anionic

Nguyên liệu gỗ là nguồn gốc chính của các chất anionic có hại (cũng được gọi

là “tạp chất”) Đặc biệt là bột mài, bột nhiệt cơ (TMP) và bột thu hồi chứa nhiều tạp chất anionic Chất này có xu hướng tích lũy trong nước tuần hoàn của máy xeo Khi hệ thống nước càng kín, sự tích lũy ngày càng rõ hơn Tạp chất anionic phản ứng với chất phụ gia cationic, ví dụ tinh bột cationic hay chất trợ bảo lưu cationic và do đó làm giảm hiệu quả của các tác chất sử dụng Các thành phần này cũng gây ra vấn đề dính lưới và trong trường hợp xấu nhất có thể làm bít lưới Thêm chất định vị trước khi cho tinh bột cationic sẽ sinh ra ảnh hưởng phối hợp có lợi đáng kể Một trong những ảnh hưởng có lợi thông thường nhất là sự hấp phụ tinh bột lên xơ sợi và chất độn tốt hơn, điều này nghĩa là bảo lưu toàn hệ cao hơn Độ bền của giấy được nâng lên vì tinh bột hình thành các liên kết với các xơ sợi, không với tạp chất Các chất định vị điển hình là polyaluminum chloride, polyacrylamide, polyethyleneimine Các chất định vị dẫn xuất

từ tinh bột cũng chứng tỏ là loại tạp chất có hiệu quả

2.4.5.7 Các hệ bảo lưu

Tinh bột cationic là một polymer bảo lưu rất tốt nhờ có kích thước và điện tích cationic lớn Mặc dù tinh bột phần ướt được sử dụng để cải thiện độ bền, nó còn có tác

hoặc keo silica Trong các hệ bảo lưu mà polyacrylamide cationic được sử dụng như một chất trợ bảo lưu – một mình hoặc kết hợp với một chất anionic (trong hệ hai thành phần) và tinh bột không được sử dụng như một thành phần của hệ bảo lưu, đặc biệt nên chú ý vị trí gia keo của tinh bột và hàm lượng tinh bột đưa vào phần ướt Tinh bột cạnh tranh vào những điểm anionic với chất bảo lưu cationic Nếu như tinh bột được cung cấp quá gần với chất trợ bảo lưu, tinh bột không có khả năng kết dính với xơ sợi bởi vì chất bảo lưu cation nhiều hơn có thể chiếm giữ tất cả các điểm anion tự do sẵn

có Trong trường hợp này, bảo lưu tinh bột kém và độ bền giấy giảm Tình trạng này

có thể được hạn chế bằng cách dời điểm cho tinh bột xa khỏi thùng đầu

Ngoài ra, còn có lí do khác gây ra bảo lưu tinh bột kém như khi có nhiều chất phụ gia được sử dụng trong sản xuất giấy có bản chất cationic Trong các trường hợp này, bảo lưu tinh bột kém vì sụ thiếu của các vị trí anionic tự do và lượng cation đưa vào hệ phải giảm Phèn nhôm, clorua polyaluminum, hoặc chất trợ bảo lưu cationic là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này Sự giảm các thành này có thể làm điện tích anionic nhiều hơn và sẽ có lợi đến bảo lưu tinh bột cũng như đối với bảo lưu toàn hệ thống

2.5 Nhựa cây làm chất keo bền khô (Nguồn: Theo Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003,

Kỹ Thuật Xenlulô Và Giấy)

Nhựa được dùng thông dụng nhất là loại nhựa thực vật (nhựa cây) Nó là polymer carbohydrate chứa galactose và mannose Tỷ lệ của hai thành phần có thể thay đổi phụ thuộc vào nguồn gốc của hạt đem ép nhựa, nhưng thông thường cứ một đơn vị galactose thì có hai đơn vị mannose Nhựa cây là một polymer không độc và được dùng như một tác nhân làm đặc cho sự hấp phụ và tạo liên kết hydro với chất khoáng và bề mặt xenlulo Sự ete hóa với các tác chất không ion, anion, cation đã mở rộng ứng dụng của nhựa Ứng dụng của nó rất giống với các loại tinh bột

Khi dùng như một phụ gia trong phần ướt, nhựa thực vật này bổ sung thêm hemixenlulo tự nhiên cho sự liên kết của giấy Có giả thiết cho rằng những tác động của lực Van Der Waals và liên kết hydro là những nhân tố chủ yếu cho sự cải thiện sau này Những thuận lợi thu được khi cho thêm nhựa cây và huyền phù bột giấy là:

- Độ bền: độ bục, độ bền gấp, độ bền kéo của giấy tăng Độ bền xé cũng có thể được cải thiện bởi vì độ kháng kéo tốt hơn làm giảm nhu cầu quá trình nghiền bột giấy (giảm sự cắt sợi)

- Lực dính bám: lực dính bám (lực cần thiết đẩy sơ sợi ra khỏi bề mặt tờ giấy) tăng

- Tác dụng thủy hóa: hemixenlulo (galactomanan) góp phần tạo liên kết với nước (thủy hóa) và giảm quá trình nghiền bột nghĩa là giảm tiêu tốn năng lượng

- Độ chịu nén: (cho loại cactong làn sóng) tăng

- Độ xốp: độ xốp của giấy giảm

- Bảo lưu thành phần mịn và thoát nước: bảo lưu thành phần mịn tăng Đặc biệt, nhựa guar cationic rất hiệu quả như chất trợ bảo lưu và trợ thoát nước

- Tốc độ máy: có thể thực hiện tốc độ sản xuất cao hơn bởi đã cải thiện độ thoát nước

2.6 CMC sử dụng làm chất tăng bền khô (Nguồn: Theo Nguyễn Thị Ngọc Bích,

2003, Kỹ Thuật Xenlulô Và Giấy)

CMC là một carboxylate dẫn xuất của xenlulo hòa tan được trong nước kích thước phân tử và hàm lượng carboxyl thay đổi giữa các loại Với môt ít ngoại lệ, sử dụng CMC cho phụ gia phần ướt như một tác nhân bền khô bị hạn chế với giấy đặt biệt, mang lại chi phí cao cho các sản phẩm này Vì CMC là một anionic (nó chứa nhóm carboxyl), nó cần thiết cationic cho sự bảo lưu, thông thường là phèn Sử dụng phèn làm hạn chế sử dụng CMC đối với hệ bột axit

2.7 Chất keo bền khô tổng hợp (Nguồn: Theo Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003, Kỹ

Thuật Xenlulô Và Giấy)

Chất gia cường khô thông dụng nhất là polyacrylamide Polymer cơ sở là mạch thẳng và không tích điện Tuy nhiên, cả polymer anionic và cationic đều có thể được sản xuất bằng cách thay đổi quy trình sản xuất Các polyacrylamide không tích điện đôi khi cũng được sử dụng như chất phụ gia trong sản xuất giấy; các polymer không ion này thực ra là các sản phẩm anionic yếu, với một hàm lượng nhỏ các nhóm carboxyl Các keo polyacrylamide cationic tương tác trực tiếp với xơ sợi, không có yêu cầu đặt biệt nào về chất trợ bảo lưu Các keo polyacrylamide cationic yêu cầu bổ

Khối lượng phân tử trung bình của polyacrylamide có thể thay đổi từ vài ngàn đến vài triệu Tuy nhiên, nói chung polycrylamide trọng lượng phân tử cao trong phạm

vi vài triệu có tích điện được sử dụng trong công nghiệp giấy chủ yếu là như các chất trợ bảo lưu, trong khi polymer polyacrylamide với khối lượng phân tử tương đối thấp

sử dụng như chất gia cường khô vì chúng có khuynh hướng gây keo tụ ít hơn Độ nhớt cũng liên quan đến kích thước phân tử và đối với quá trình đo lường, sử dụng loại phân tử mạch ngắn sẽ dễ xử lý hơn Lượng thông thường cho chất gia cường khoảng 0,2 - 0,5%

Nhiều kết quả khảo sát cho thấy rằng các nhóm amide có cực trong keo polyarylamide tạo liên kết hydro với các nhóm hydroxyl của xenlulo và các liên kết hydro này mạnh hơn so với liên kết hydro giữa sợi với sợi Khi keo polyacrylamide có mặt tại điểm tiếp xúc giữa các xơ sợi, có sự hình thành của các liên kết sợi- PAM - sợi khá mạnh và kết quả là làm tăng độ bền khô (ngoại trừ độ bền xé) cho sản phẩm giấy Kinh nghiệm cho thấy rằng polyacrylamide anionic điện tích thấp mang lại kết quả tốt hơn polyacrylamide cationic Điều này chưa được giải thích, mặc dù vẫn cần phải sử dụng phèn để định vị keo anionic Hệ bảo lưu hai thành phần cũng được sử dụng, polyacrylamide cationic kết hợp với nhôm và polyacrylamide anionic Trong trường hợp này, thứ tự nạp liệu là điều cần chú ý Trong nhiều trường hợp kết quả tốt nhất thu được bằng cách thêm keo anionic cuối cùng

Xét về yếu tố kinh tế, chất bền khô polyacrylamide hiếm khi được sử dụng duy nhất để cải thiện tính chất độ bền Yếu tố kinh tế chủ yếu trong những hệ sử dụng chất gia cường này là khả năng làm giảm quá trình nghiền (thủy hóa hoặc chổi hóa) hoặc tăng lượng chất độn, trong khi vẫn duy trì các độ bền cơ lý mong muốn Giảm độ nghiền và sử dụng keo PAM cho phép vẫn có được độ khối (độ xốp) Các tính năng kết hợp như độ bền – độ khối, thì nếu chỉ với quá trình nghiền sẽ không thể nào đạt được Theo cách này, các tính chất mong muốn như là độ cứng trong các loại giấy bìa

và độ mềm mại trong các loại khăn giấy có thể được nâng lên Hơn nữa, các keo polyacrylamide hầu như không ảnh hưởng vùng liên kết hoặc tỉ trọng tờ giấy, vì vậy

độ tán xạ ánh sáng và độ đục của tờ giấy sẽ không bị ảnh hưởng

Điều bất lợi chính của keo polyacrylamide anionic để sự cải thiện độ bền (ngoài chi phí cao của nó) là cần có phèn nhôm để giữ keo Mặc dù sự vận hành thuận lợi có

thể đạt được ở pH tối thiểu 6.5, lượng lớn phèn nhôm không có lợi trong công nghiệp sản xuất giấy trung hòa hoặc kiềm tính với bột độn CaCO3

Polyacrylamide có thể tạo liên kết glyoxal để tạo ra chất gia cường ướt Nó chủ yếu được sử dụng trong các loại giấy có khả năng hấp phụ Keo polyacrylamide glyoxyl, theo một số giả thiết, có khả năng tạo liên kết cộng hóa trị với xenlulo trong suốt quá trình sấy Nhựa này cũng giúp làm tăng độ bền kéo như một chất gia cường khô

Các polymer tổng hợp khác, như polyvinyl alcohol và latex, cũng có thể ứng dụng được như chất gia cường khô, mặc dù chúng được sử dụng phổ biến làm chất gia keo bề mặt hơn là phụ gia phần ướt

Việc sử dụng nhựa tổng hợp như chất gia cường khô bắt đầu từ polyacrylamide không ion (PAM) Nhóm amide rất hoạt động đối với sự tạo thành liên kết hydro và nó được sử dụng để làm tăng số liên kết giữa các sợi PAM được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực này vì chúng có trọng lượng phân tử thay đổi trong một khoảng khá rộng Khi

sử dụng PAM với hàm lượng 0,5% (so với trọng lượng của xenlulo), ta có thể tăng 25 đến 30% độ bền kéo hay va đập Phân tử PAM phải đủ dài để được hấp phụ trên bề mặt sợi và cung cấp những vị trí cho liên kết hydro Nhưng nếu trọng lượng của phân

tử polymer quá lớn, chúng sẽ có khả năng bắc cầu giữa các sợi và gây ra hiện tượng quá keo tụ, điều này làm xuất hiện những vùng chịu lực kém trên tờ giấy Sau này người ta phát triển những loại PAM anionic và cationic Loại nhựa cationic tương tác thuận lợi với bề mặt sợi, còn với loại anionic người ta có khi phải sử dụng thêm phèn nhôm để phân tử nhựa có thể gắn vào bề mặt sợi dễ dàng hơn

APAM:

Có thể nói loại này không thích hợp lắm cho sợi xenlulo, thường có những nhóm chức cationic và anionic được đưa vào mạch polymer và với 5 – 10% mol là có thể đủ cung cấp một điện tích khá mạnh để polymer trở nên thích hợp với xenlulo Loại này là sản phẩm đồng trùng hợp của polyacrylamide và polyacrylic axit Một cách khác để đưa nhóm anionic vào là ta thủy phân từng phần những nhóm amide trong PAM thành nhóm COOH Vì sợi xenlulo và PAM anionic cùng mang điện tích

âm, nên thông thường phèn được sử dụng thêm trong hỗn hợp để có thể gắn nhựa vào

trong hai hệ này ta có thể tăng độ bền khô đến 50% Tuy nhiên cần chú ý là khi có được một độ nghiền tối ưu, vai trò của các loại nhựa này khó được thể hiện, tính năng

tờ giấy tăng chủ yếu là do quá trình nghiền

CPAM:

Loại này được phát triển sau loại anionic Nó có ưu điểm là thích hợp với sợi

mà không cần sử dụng thêm phèn Nó có thể được sử dụng trong một khoảng rộng pH

và tốt hơn là ở pH kiềm

Những nhựa APAM và CPAM khi sử dụng chung cần được trộn thật đều với nhau, cần tránh sự trộn hợp mãnh liệt vì có thể làm phá hủy phân tử PAM