CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.2. Tổng hợp keo nhựa thông
Các loại keo nhựa thông đã biết cho đến nay được sử dụng trong phạm vi acid ở giá trị pH < 6. Việc gia keo trong môi trường acid giảm khả năng chống lão hóa, lượng dư acid dẫn đến giấy vàng và giòn. Việc thêm các chất bổ trợ, chất làm trắng dẫn đến tăng chi phí sản xuất. Do đó, chúng tơi thực hiện tổng hợp keo nhựa thông nhũ tương trung tính.
Mục đích nghiên cứu tổng hợp hệ keo dùng để gia keo trong sản xuất giấy ở dạng nhũ tương phân tán trong nước có chứa nhựa thơng biến tính.
Hỗn hợp các sản phẩm MPA, nhựa thông chưa biến tính không tan trong nước. Để cải thiện tính ưa nước của sản phẩm, chúng tơi tiến hành q trình xút hóa bằng NaOH. Kết quả nghiệm thu được thể hiện trong bảng 3.3.
39
Bảng 3.3. Bảng hàm lượng rắn trong nhũ tương
STT Mẫu Khối lượng rắn (g) Trọng lượng nhũ tương (g) Hàm lượng NaOH/Na2CO3 xút hóa (%) Hàm lượng rắn trong nhũ tương (%) 1 Keo nhựa thông biến tính xút hóa bằng NaOH 20% 145,3 453,44 24,95 32,04 2 Keo nhựa thông xà phịng hóa bằng NaOH 20% 80 247,87 11,24 32,27 3 Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng Na2CO3 20% 80,01 248,97 11,58 32,14
Bảng 3.3 cho kết quả hàm lượng rắn có trong nhũ tương. Đối với nhũ tương nhựa thông, hàm lượng rắn nằm trong khoảng 10% - 40% trọng lượng nhũ tương là tốt nhất. Theo kết quả tính toán trên, keo nhũ tương trung tính tổng hợp có hàm lượng rắn chiếm khoảng 32% trọng lượng nhũ tương. Tuy nhiên hàm lượng xút sử dụng tương đối cao đối với keo tổng hợp có chứa thành phần nhựa thơng biến tính. Nhũ tương ban đầu có nhựa thơng biến tính là pha liên tục với nước là pha phân tán, sau đó thêm từ từ nước, đảo ngược tạo ra nhũ tương trong đó nước là pha liên tục và nhựa biến tính là pha phân tán.
Keo nhựa thơng tổng hợp có màu sắc và độ đục, trong như hình 3.3. Từ hình 3.3 bên dưới, keo nhựa thơng biến tính có màu sẫm hơn và trong hơn so với keo truyền thống có màu sắc sáng, tuy nhiên đục hơn. Ngun nhân là bởi vì keo biến tính là ở dạng tan trong nước, việc bổ sung MA làm tăng hàm lượng acid trong keo, xút hóa trung hịa acid tạo thành muối tan trong nước và phân ly thành ion trong nước. Đồng thời khả năng ion hóa cao hơn nên keo có độ trong suốt hơn. Cịn keo nhựa thơng truyền thống với hàm lượng acid sẵn có trong nhựa thơng, hàm lượng ion hóa khơng
40
cao, tạo keo ở dạng nhũ tương có đặc tính khúc xạ và phản xạ ánh sáng nên nhìn vào ta sẽ thấy sáng màu và đục hơn.
Hình 3.3. Keo nhựa thông tổng hợp ở dạng nhũ tương
Một yếu tố quan trọng cần đánh giá đối với các loại keo đó là độ nhớt. Bảng 3.4 chỉ ra độ nhớt của keo nhựa thông nhũ tương tổng hợp theo cả hai phương pháp truyền thống và biến tính nhựa thơng ở cùng điều kiện nhiệt độ và thời gian tổng hợp với hàm lượng rắn khoảng 32% trọng lượng nhũ tương.
Keo nhựa thơng biến tính Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng
NaOH
Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng Na2CO3
41
Bảng 3.4. Độ nhớt của keo nhựa thông nhũ tương
STT Mẫu Độ nhớt (cP)
1 Keo nhựa thơng biến tính 19800
2 Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng NaOH 30000
3 Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng Na2CO3 263000
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện độ nhớt của keo nhựa thông tổng hợp
19800 30000 263000 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000
Keo nhựa thơng biến tính Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng NaOH
Keo nhựa thơng xà phịng hóa bằng Na2CO3 Độ nh ớt ( cP )
42
Từ bảng 3.4 và biểu đồ hình 3.4 cho thấy độ nhớt của keo nhựa thơng biến tính thấp hơn so với độ nhớt keo tổng hợp theo phương pháp truyền thống. Việc biến tính nhựa thơng bằng phản ứng Diels-Alder sử dụng MA làm tác nhân biến tính tạo ra MPA là một anhydride có các vị trí phản ứng khác với các vị trí phản ứng trong nhựa thơng khơng biến tính. Nhựa thơng biến tính bổ sung thêm hai nhóm carboxyl có tính acid mạnh hơn. Việc bổ sung hai nhóm carboxyl có tính acid mạnh hơn từ MA làm tăng đặc tính âm điện, keo phân cực tốt hơn, phân tán tốt do kích thước hạt keo nhỏ, do đó hiệu quả gia keo được cải thiện hơn. Ngồi ra, điều này cịn làm tăng tính ưa nước của colophon, giúp cho việc phân tán trong nước tốt hơn, do đó độ nhớt của keo nhựa thông nhũ tương chứa thành phần nhựa thơng biến tính nhỏ hơn keo khơng biến tính. Bên cạnh đó, keo nhựa thơng biến tính có xu hướng giảm kết tinh, ít bị oxy hóa. Tóm lại, keo nhũ tương tổng hợp có độ nhớt vừa phải. Trong q trình tổng hợp, sự thay đổi độ đục của keo nhựa thơng nhũ tương khi pH thay đổi cải thiện tính ổn định của các hạt keo trong điều kiện trung tính.
Keo tổng hợp có pH trung tính cho độ ổn định cao hơn, hàm lượng sử dụng thấp, dễ pha lỗng, trong q trình sản xuất giấy, hàm lượng phèn nhôm sử dụng cũng giảm.
43