Phương pháp nóng rất phổ biến để nấu keo xà phịng (trung tính và keo trắng). Trong bơm phụt các phần tử bị phân tán và keo thu được ở dạng phân tán. Trong thùng nhũ hóa, keo được pha lỗng bằng nước lạnh đến nồng độ ~20 g/l. Hệ thống nấu keo gồm nồi nấu (2) với lớp vỏ bao hơi và cánh khuấy, từ đây keo nóng chảy qua bộ điều tiết (6) vào bơm phụt (5), thùng nhũ hóa (3) và thùng chứa keo (4).
Hình 7. Sơ đồ hệ thống nấu keo
Tính lượng kiềm cần thiết cho nấu keo nhựa thơng:
A- tiêu tốn kiềm cho nấu, % nhựa thông C- hàm lượng nhựa tự do, %
O- chỉ số xà phòng của nhựa thông, %
M1- khối lượng đương lượng của kiềm dùng xác định chỉ số xà phòng của nhựa P- độ tinh khiết của kiềm kĩ thuật, %
M2- khối lượng đương lượng của kiềm dùng để nấu keo GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 28
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy Để trung hòa hết axit nhựa cần khoảng 13% xút hay 17,5% sôđa so với nhựa thông. Để chuẩn bị 100 kg keo trắng tiêu tốn 125 kg hơi (43 kg để nấu keo và 91 kg để phân tán trong bơm phụt).
Thiết bị nấu nhựa thơng thường có cấu tạo hai vỏ, gia nhiệt gián tiếp bằng hơi có trang bị cánh khuấy (đơi khi có những cơ sở nhỏ, thủ cơng q trình nấu sử dụng hơi trực tiếp và hố chất dùng là Na2CO3, quá trình khuấy trộn tận dụng khí CO2 sinh ra). Các bước tiến hành thường theo thứ tự: nước -> kiềm -> colophan. Tỷ lệ nhựa/nước thường là 1/3. Dung dịch xút được chuẩn bị ở một bể riêng biệt và được bơm định lượng vào bể phản ứng, bổ sung nước để đạt tỷ dịch 1/3, khuấy đều và tiến hành gia nhiệt. Colophan ở dạng cục được đập nhỏ và được cấp dần vào bể phản ứng. Q trình nấu keo nhựa thơng thường kéo dài từ 2,5 đến 3 giờ ở nhiệt độ 95-1000C.
Kết thúc quá trình nấu, nhựa thơng được sữa hố bằng nước nóng (60-800C) về nồng độ 100g/l. Trước khi phối trộn vào bột giấy, nhựa được pha lỗng tiếp tới nồng độ 20-25g/l (q trình sữa hố và pha lỗng cần khuấy mạnh) bằng nước thường.
2.4.3. Chuẩn bị keo nhựa thông với hàm lượng nhựa tự do cao
Hình 8. Sơ đồ chuẩn bị keo nhựa cao 1- thùng đun nóng chảy nhựa thơng; 2- động cơ; 3- thùng kiềm; 4- thùng hòa tan casein; 5- Nồi nấu (nhũ hóa); 6- thùng lường; 7-thùng
chứa keo; 8- hộp giảm tốc
GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 29
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy Trong những thập niên gần đây, xu hướng sản xuất keo với hàm lượng nhựa tự do cao hơn (hàm lượng nhựa tự do từ 70-90%) có thể đạt được bằng cách bổ sung chất bảo vệ colloit.
Sơ đồ chuẩn bị keo nhựa thông với hàm lượng nhựa tự do cao (keo phân tán): nhựa thơng nóng chảy từ thùng (1) được đưa vào thùng nhũ hóa (5) dung tích 2 m3, nước, kiềm từ thùng (3) và trong quá trình nấu keo caseinat natri từ thùng (4) cũng được bổ sung. Thiết bị nhũ hóa trang bị cánh khuấy nhanh (1500 phut-1) và tính cho một lần nạp 400 kg nhựa thơng. Tính cho một mẻ nấu tiêu tốn 22 kg casein, 2,2 kg xút để hòa tan casein và 11 kg xút để trung hịa nhựa thơng. Thời gian nấu trong thiết bị phân tán khoảng 1 giờ. Keo nhựa thông hàm lượng nhựa cao ổn định ở nồng độ cao, 400-500 g/l. Để tăng tính kị nước của keo nhựa cao có thể dùng cùng parafin với hàm lượng tới 20%.
2.5. Khó khăn khi gia keo nhựa thơng
Những khó khăn gặp phải trong sản xuất khi gia keo nhựa thông do các nguyên nhân sau:
Tạp chất có mặt trong vật liệu xơ sợi: bột chưa được rửa sạch khỏi dịch nấu và tẩy, khả năng hấp phụ của xenluloza thấp;
Chuẩn bị keo khơng chuẩn: quy trình nấu khơng được tn thủ, kích thước hạt keo lớn;
Bổ sung keo và các phụ gia khác khơng đúng, nồng độ của chúng bị thay đổi; Trình tự gia keo, phèn, độn không đúng và thời gian khuấy trộn bột giấy với hóa chất chưa đủ;
Nhiệt độ bột giấy cao khi gia keo;
Độ cứng của nước sản xuất khơng phù hợp;
Tích lũy natri sunphat trong nước trắng tính axit dùng đánh tơi bột cho nghiền;
Hàm lượng độn trong giấy quá cao làm tăng độ xốp của giấy; Bột nghiền thớ quá rời nên khó tạo thành tờ giấy chặt chẽ;
Bổ sung phèn khơng đúng do khơng kiểm sốt pH;
Ép hơi nhẹ trong hệ ép và độ khô của băng giấy vào sấy thấp; hoặc ép quá mạnh làm mất keo và độ khô của băng giấy lớn hơn 45% khi vào sây;
Sấy tăng cường với sử dụng nhiệt độ sấy cao ở đầu giai đoạn sấy; GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 30
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy Tăng cường thoát nước ở phần ướt máy xeo làm keo bị mất theo;
Độ ẩm của giấy cao ở bộ phận cuộn của máy xeo và cán láng.
2.6. Gia keo nhựa thơng trung tính
Gia keo nhựa thơng trung tính là phương pháp gia keo trong điều kiện pH trung tính nhờ đó tạo điều kiện cho việc sử dụng canxi cacbonat làm chất độn, do đó cải thiện tính chất quang học (độ trắng của giấy). Cho đến trước năm 1980-1985, không thể gia keo nhựa thông trong mơi trường trung tính. Trong điều kiện pH trung tính, các chất keo và phèn không cần thiết phải phản ứng trong phần ướt - nghĩa là phản ứng giữa bông hydroxyalumini đã hấp phụ và axit nhựa trong mơi trường trung tính xảy ra trong phần sấy của máy xeo dưới tác động của nhiệt. Yêu cầu sẽ là:
Khống chế chặt chẽ sự giảm pH để ngăn ngừa các phản ứng phân hủy cacbonat. Nếu có thể giảm thiểu tỷ lệ bổ sung hợp chất liên quan Al.
Tạo bông keo alumini đủ độ dương điện để hấp phụ lên bề mặt âm điện trong khoảng pH 6,5-7,5. (Ở pH lớn hơn 7,5 gia keo nhựa thông bị hỏng.)
Sử dụng và phát triển hệ phân tán axit nhựa để giảm ion hóa trong mơi trường pH trung tính.
Sử dụng trợ bảo lưu để giữ cho anion axit nhựa gần với cation nhơm đã hấp phụ.
Để duy trì đủ mức Al mà khơng giảm pH quá nhiều, (điều kiện 1) thay thế một phần phèn bằng natri aluminat, hay bổ sung dung dịch phèn được trung hòa bằng natri hydroxit. Trong mọi trường hợp đều xảy ra sự thay đổi pH trong khoảng thời gian ngắn từ trung tính sang axit nhẹ (đến khoảng 6,5) và trở lại trung tính. Q trình vì vậy được gọi là giả-trung tính.
Điều kiện 2: khi phèn được bổ sung ở pH 6,5-7,5, nhôm sẽ chuyển thành Al(OH)3 nhưng khơng thay đổi điện tích của nó. Sự giảm điện tích dương xảy ra khá chậm, vì vậy mức độ hấp phụ có thể đủ. Tuy nhiên, thay thế phèn bằng polyalumini clorua (PAC) được coi là giải pháp hữu hiệu trong vấn đề gia keo nhựa thông. Giống như phèn, PAC là nguồn cung cấp alumina cho gia keo nhựa thơng. Nhưng PAC đã qua thủy phân sơ bộ và vì vậy khơng làm giảm pH như khi sử dụng lượng phèn tương đương. Khi sử dụng PAC, sự thay đổi pH giả-trung tính có thể khơng nhận ra. Hơn nữa, alumina hình thành từ PAC ở pH trung tính có điện tích dương cao hơn so với bông keo của phèn.
GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 31
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy
Bảng 1. Tác nhân giúp neo nhựa thơng lên bề mặt xơ sợi, khoảng pH thích hợp
Điều kiện 3 đạt được bằng cách gia keo nhựa thông phân tán tuy giá thành đắt hơn. Tiêu tốn nhựa ở pH trung tính lớn hơn đáng kể so với điều kiện axit, tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất giấy cụ thể.
Điều kiện 4 không phức tạp, nhưng phải chú ý đến các thông số như chất keo tụ, hệ thống bảo lưu, loại độn và lượng dùng, và trình tự bổ sung hố chất.
Hình 9. Ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3, phèn và aluminnat và tinh bột cation trong gia keo "giả trung tính" bằng axit nhựa tự do.
GVHD: TS. Phan Huy Hoàng Trang 32
Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiểu luận Sản xuất giấy