GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 33
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy AKD được tạo thành khi cho dẫn xuất acyl clorua của acid béo tác dụng với amin bậc ba. R là nhóm alkyl hoặc alkenyl có C6 đến C24.
3.1.2. Q trình chuẩn bị nhũ tương AKD cho gia keo giấy
Keo AKD được sử dụng trong sản xuất giấy đầu tiên tại Mĩ vào năm 1956. Axit béo no kĩ thuật được sử dụng để tổng hợp AKD thương mại dùng cho sản xuất giấy. Chất béo chứa ít nhất 5 axit khác nhau, và có thể chứa đến 12 hay nhiều hơn; trong số đó axit palmitic là nhiều nhất và có trong hầu hết tất cả chất béo. Những axit no khác phổ biến là: axit lauric, myristic, stearic, arachidic, và behenic. Stearic axit phổ biến (10-30%) trong chất béo nguồn gốc động vật, nhưng rất ít trong chất béo thực vật. Việc sử dụng axit béo không no để chế tạo AKD lỏng kém hiệu quả hơn chút ít so với dạng sáp khi dùng gia keo giấy. Chất sáp AKD (AKD Wax) dùng trong sản xuất giấy là hỗn hợp đồng đẳng của C14-22 với chủ yếu là axit stearic. Sáp stearic là chất rắn không tan trong nước, màu trắng-vàng, có thể hịa tan trong rượu ethyl, benzen, chloroform và các dung mơi hữu cơ khác, điểm nóng chảy 51-52°C. Vì axit stearic kĩ thuật trên thị trường luôn chứa một lượng axit oleic, myristic, và palmitic, điều này làm nhiệt độ nóng chảy của AKD kĩ thuật giảm xuống 44-48°C. Mặc dù thường trên 90% AKD nóng chảy trong khoảng này, phần cịn lại nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn, thậm chí trên 70°C.
Giống như nhiều phụ gia bổ sung trong phần ướt, để bổ sung vào huyền phù bột giấy, sáp AKD phải chuyển sang dạng hạt rất nhỏ phân tán trong nước. Vì vậy bước đầu tiên được thực hiện với sáp AKD là nóng chảy để nhũ hóa sáp AKD. Nhũ AKD thường bị tác động bởi nhiệt độ cao (75-90°C) nên cần có chất ổn định: tinh bột cation, và một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt, như natri lignosunfonat. Sau khi nóng chảy, AKD được phun qua thiết bị vi tầng sôi và làm lạnh. Một lượng nhỏ chất khơi mào (polyme cation khối lượng phân tử thấp với mật độ điện tích lớn) và chất kháng khuẩn cũng được bổ sung.
Kích thước của các hạt phân tán thường bằng 0,5-2 µm, với khối lượng trung bình gần 1 µg. Mặc dù sáp với nhiệt độ nóng chảy thấp được bổ sung vào hỗn hợp nhũ hố, song đây có thể là hạn chế trong hệ thống làm giấy khi mà nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy, và độ ổn định của các hạt phân tán có thể bị phá vỡ do sự nóng chảy của AKD bên trong.
Những tiến bộ mới trong cơng nghệ tổng hợp và nhũ hố đã tạo được sự phân GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 34
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy tán với hàm lượng chất rắn cao hơn so với trước đây. Trước đây, hàm lượng chất rắn 6- 13%, hiện nay chất phân tán với hàm lượng chất rắn 20-25% đã có trên thị trường. Thường 20-40% lượng chất rắn là tinh bột cation, và/hoặc một vài chất ổn định là polyme cation mạnh.
Điện tích cation của AKD phân tán có thể thay đổi từ thấp đến cao. Sự phát triển của AKD hàm lượng chất rắn cao "thế hệ thứ ba" có thể chứa đến 150-200% chất bảo vệ so với lượng nhựa AKD. Lĩnh vực ứng dụng tốt nhất là sản xuất giấy copy đa năng với chất độn canxi cacbonat kết tủa.
Keo dạng phân tán được đưa tới nơi sử dụng có pH trong khoảng 2,5-3,5, do axit hoá với axit sulfuric hay hydrocloric. Nhờ vậy kéo dài được vòng đời do giảm khả năng thuỷ phân của AKD. Ở pH>6, keo trở nên hoạt tính hơn nhờ mở vịng lacton trong phân tử. Vì có tính axit nên thiết bị bảo quản và bơm cần được bảo vệ chống ăn mòn.
Nhà sản xuất thường lưu kho và vận chuyển AKD ở nhiệt độ dưới 20°C. Nếu thời gian lưu kho ở nhà máy giấy nhiều hơn 1 tháng, nhiệt độ của bình chứa phải duy trì dưới nhiệt độ này (nhưng tránh bị đóng băng).
Q trình chuẩn bị nhũ tương
- Hòa tan AKD trong nước ở 70-950C, trong nước đã có sẵn chất ổn định (cation polyme, tinh bột cation), chất hoạt động bề mặt (lignosulfonat).
- Lọc qua sàng lọc có kích thước lỗ sàng <2 nm, kích thước hạt keo 2-4 µm. Tinh bột cation kết hợp với hạt keo tạo ra khối điện tích dương.
- Bổ sung tinh bột cation
- Bảo vệ keo: để tránh hiện tượng thủy phân, giảm pH = 2,5-3,5 bằng cách cho HCl và H2SO4 vào.
- Bảo quản: Bảo quản ở nhiệt độ dưới 200C, thời gian dưới 30 ngày.
- Kiểm tra nồng độ: Nồng độ điều chế 6-13%, trong đó lượng tinh bột cation 20- 40%. Hiện nay nồng độ keo có thể 20-22%.
- Sử dụng keo: Pha lỗng xuống nồng độ 0,1-0,2%, lượng dùng keo 0,05-0,15% (tính theo AKD nguyên sáp).
Ở Việt Nam, AKD thường được nhập ngoại dưới dạng nhũ tương sữa để sử dụng trực tiếp ngay trong nhà máy mà khơng cần tự tổng hợp hay nhũ hóa.
3.1.3. Các phản ứng của AKD trong gia keo giấy, cơ chế gia keo bằng AKD
GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 35
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy Với keo nhựa thơng, chủ yếu xẩy ra q trình lắng đọng các hạt keo lên bề mặt xơ sợi, với keo AKD tham gia phản ứng hóa học với xenluloza nên bền hơn. Nhóm ketone của nhóm alkyl ketene dimer có hoạt tính cao, phản ứng este hóa với hydroxyl trong xenluloza tạo thành β-xeto este.