Tinh bột được sử dụng trong sản xuất giấy đã có từ khi phát minh ra giấy, 2000 năm trước. Khi đó, tinh bột được dùng để giấy dai hơn và có bề mặt mềm hơn. Tinh bột là một thành phần nguyên liệu lớn trong giấy sau nước, xơ và chất độn, nó đóng góp cho công nghiệp sản xuất giấy như một sự trợ giúp bởi những tính chất chức năng sẵn có. Tất cả các loại tinh bột đều có thể dùng
trong sản xuất giấy, việc sử dụng loại nào hoàn toàn phụ thuộc vào sự sẵn có
và tính hiệu quả kinh tế của sản xuất. Việc sử dụng tinh bột trong sản xuất giấy lại phụ thuộc vào loại giấy cần sản xuất ra, các loại nguyên liệu khác, công nghệ sản xuất, đặc điểm, chất lượng cần đạt và các điều kiện khác của
nhà máy. Giấy có chất lượng càng cao, lượng tinh bột thêm vào trong quá
trình sản xuất sẽ càng lớn và có thể dùng đến 10% tinh bột so với khối lượng giấy. Hàng năm, ngành công nghiệp giấy trên thế giới sử dụng khoảng 5 triệu tấn tinh bột/năm, chiếm 1,5% tổng lượng giấysản xuất ra.
với mục đích cải thiện bề mặt và tăng độ bền giấy. Nhưng trong phương pháp kiềm hóa để sản xuất giấy, tinh bột là một phần quan trọng của giai đoạn xử lý ướt cuối. Tinh bột bề mặt như chất gắn kết, là tác nhân giữ nước, chất mang cho các hóa chất xử lý bề mặt và các phụ gia chức năng khác. Ngày nay tinh bột được sử dụng ở giai đoạn ướt cuối, được trộn với bột giấy để tăng độ bền bằng các mạch liên kết và độ chặt của giấy, cải thiện độ mịn bề mặt, lưu giữ các chất hóa học, tăng sự thoát nước và tính chất in ấn.
Tinh bột dùng trong sản xuất giấy có thể là tinh bột tự nhiên hoặc biến tính, nhưng xu thế hiện nay, sử dụng tinh bột biến tính thuận tiện hơn, cung cấp nhiều chỉ tiêu phù hợp hơn cho người sử dụng. Tinh bột ngô biến tính được sử dụng phổ biến nhất ở Mỹ, chiếm 76% lượng tinh bột ngô trong sản xuất giấy. Ở các nước châu Á, tinh bột biến tính trong sản xuất giấy chiếm 60% lượng tinh bột sử dụng. Xu thế sử dụng tinh bột biến tính sẽ tăng ở khu vực này do các đòi hỏi về xử lý môi trường, yêu cầu cải thiện chất lượng giấy và sự tái sử dụng nguồn chất thải nông nghiệp và các loại kháng chất. Tính ưu việt của sử dụng tinh bột biến tính so với tinh bột tự nhiên rất nhiều, trong đó có việc tăng năng suất và cải thiện chất lượng giấy. Yếu tố tăng năng suất bao gồm việc giảm thời gian dừng máy, giảm chi phí lao động và thời gian nấu tinh bột, loại bỏ các chất hóa học và thiết bị chuyển hóa tinh bột tự nhiên trong dây chuyền sản xuất.
Các loại tinh bột biến tính bằng các phương pháp khác nhau được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của sản xuất giấy. Chẳng hạn trong giai đoạn ướt cuối của quá trình sản xuất giấy sử dụng tinh bột cation trong khi ở công đoạn xử lý bề mặt là tinhbột oxy hóa hoặc tinh bột thủy phân ethyl, thủy phân propyl, tinh bột axetyl, tinh bột axit, photphat và dextrin. Một số dạng tinh bột biến tính khác như tinh bột liên kết ngang, tinh bột anion dạng lỏng hoặc gel
những sản phẩm có sản lượng lớn nhất được sản xuất từ tinh bột sắn. Sản xuất tinh bột oxy hóa hiện nay chủ yếu được thực hiện bằng phản ứng giữa tinh bột với hypoclorit natri (NaClO) trong môi trường kiềm. Tinh bột oxy hóa có liên
kết ngắn hơn tinh bột thường, việc kết nối hydro sẽ làm giảm chiều hướng thoái hóa. Tinh bột oxy hóa từ sắn có tính chất tạo màng khỏe, dịch hồ trong, giữ nước tốt, độ nhớt ổn định, được sử dụng nhiều trong công nghiệp giấy, nhất là ở các nước châu Á, trong công đoạn ép để xử lý bề mặt, tăng cường độ bền của giấy.
Như vậy nhu cầu thay đổi và ngày càng tăng của công nghiệp sản xuất giấy đã tạo rất nhiều cơ hội cho các nhà sản xuất tạo ra nhiều loại tinh bột biến tính biến tính nhằm cải tiến chất lượng và năng suất giấy.
Tinh bột sử dụng trong công nghiệp giấy chủ yếu vào trong bốn công đoạn. Việc lựa chọn và ứng dụng hợp lý tinh bột biến tính sẽ mang lại nhiều lợi ích đã kể ở trên.
- Ứng dụng trong giai đoạn ướt cuối (wet-end application)
Mục đích sử dụng tinh bột trong trường hợp này có tác dụng làm tăng sức bền khô, bao gồm cả độ cứng và tăng cường độ dai của thớ sợi khi đi qua băng tải lưới ép trong quá trình sản xuất liên tục, làm tăng độ nhẵn mịn bề mặt, duy tri các đặc tính hóa học, tăng cường tính tháo nước, khả năng định hình và khả năng in của sản phẩm.
Các nhà nghiên cứu đã so sánh khả năng liên kết của nhiều dạng tinh bột (trong đó có tinh bột sắn) với phân tử xenlulo. Một loại tinh bột lý tưởng cần có khả năng liên kết cao, giá thành thấp đồng thời không gây các ảnh hưởng xấu lên chất lượng của giấy. Mặc dù không có loại tinh bột nào có được tất cả các tính chất yêu cầu, tinh bột khoai tây, tinh bột sắn, tinh bột ngô thường được sử dụng nhiều hơn cả. Đối với những tờ giấy có cấu trúc lỏng lẻo, nhà sản xuất thường sử dụng hồ tinh bột phân tán không đều chứa các hạt granule
trưởng nở lớn và chưa bị phá vỡ. Tinh bột có các hạt granule lớn đóng vai trò như một chất kết dính ướt với các tờ giấy có tỷ trọng thấp nhờ các liên kết sợi
- tinh bột - sợi. Theo lý thuyết này, các kẽ hở trong các tờ giấy có tỷ trọng thấp tương đối lớn và các hạt trương nở có kích thước lớn khoảng 20µm cũng vừa vặn để tạo lên một liên kết bền vững.
Lượng tinh bột thêm vào cùng với lượng tinh bột được hấp phụ cũng biến đổi tùy theo loại tinh bột. Theo Waters, lượng tinh bột hấp phụ là 26,7% đối với tinh bột khoai tây và 9,5% đối với tinh bột ngô. Riêng đối với tinh bột sắn, giá trị này nằm ở giữa hai giá trị trên. Lượng tinh bột sắn được hấp thụ thấp có thể được giải thích bởi bản chất anionic (tích điện âm) của cả tinh bột sắn và xenlulo. Nissen cho rằng tinh bột biến tính ở nồng độ 1% mang lại hiệu quả tương tự dung dịch tinh bột không biến tính ở nồng độ 3%. Nó đóng vai trò như những cầu nối ion giữa các sợi xenlulo, các chất độn vô cơ và các chất màu. Tinh bột cationic hấp thụ tốt lên bột giấy và tăng cường khả năng giữ các chất màu của bột giấy, loại tinh bột này cùng với các sợi xenlulo dài sẽ tạo nên một mạng lưới kết dính làm tăng độ bền [1].
- Ứng dụng trong hồ giấy - công đoạn ép mặt:
Quá trình hồ giấy (hồ ống - tube sizing hay còn gọi là hồ bề mặt - surface
sizing) thường được thực hiện bằng cách nhúng tờ giấy vào ống đựng dung
dịch tinh bột, cho tờ giấy đã nhúng bão hòa qua trục ép và sau đó sấy cuộn
giấy. Quá trình hồ tinh bột, dung dịch tinh bột không chỉ điền vào các vi mao
của tấm giấy trong khi đi qua lò sấy mà còn tăng cường độ mịn bề mặt giấy,
tăng khả năng tẩy, giảm hiện tượng thấm mực, tạo một lớp màng cứng, chắc
cho giấy viết và giấy in, giảm hiện tượng xước trên bề mặt giấy và chuẩn bị các tờ giấy cho giai đoạn phủ giấy tiếp theo.
Sự ổn định về độ nhớt của tinh bột oxy hóa giúp nó có nhiều ưu điểm khi sử dụng trong mục đích này, tuy nhiên những biến đổi do enzym hoặc xử lý
hóa nhiệt trên tinh bột cũng là điểm hạn chế trong việc ứng dụng tinh bột oxy hóa để hồ giấy.
- Ứng dụng trong Calender
Trong quá trình này, tinh bột sử dụng tùy thuộc vào nguyên liệu giấy, điều kiện thiêt bị, các yêu cầu sử dụng của sản phẩm cuối cùng. Đối với giấy có trọng lượng cao và giấy bồi, giấy bìa cứng, tinh bột thường hoặc tinh bột nấu nhẹ được sử dụng với nồng độ khoảng 2-5%. Đối với giấy ống cứng (cylinder board), tinh bột có độ nhớt thấp và khả năng tạo màng tốt như tinh bột oxy hóa hoặc tinh bột hydroxyethyl thường được sử dụng.
Để chuẩn bị bề mặt giấy, tinh bột oxy hóa độ nhớt thấp hoặc độ nhớt trung bình được sử dụng ở công đoạn ép kéo bề mặt. Tác dụng của tinh bột oxy hóa làm tăng độ bền, tăng độ chống thấm và đảm bảo tỷ trọng của giấy. Tương tự, trong kiểm soát độ quăn của giấy, tinh bột oxy hóa độ nhớt thấp được sử dụng để tạo lớp màng ở bề mặt dưới.
- Ứng dụng trong phủ giấy:
Một trong những ứng dụng quan trọng của tinh bột cho ngành giấy là sử
dụng như một tác nhân kết dính trong thuốc màu dùng để phủ giấy và bìa các-
tông. Một trong những đặc tính xác định tính chất của thuốc màu có chứa tinh bột là khả năng giữ nước và độ nhớt, những thứ có thể điều chỉnh được tùy thuộc vào loại tinh bột.
Phần lớn tinh bột oxy hóa bằng hypochlorit thường được sử dụng do tính
di động, khả năng gắn kết và kết dính tốt, giúp mang lại hiệu quả ổn định màu sắc cao. Những yếu tố thuận lợi cho các ứng dụng trên gồm sự tương thích với thuốc màu, tính không ảnh hưởng lên khả năng giữ nước và các tính chất