Lí THUYếT Cơ BảN
1. Đánh tơi bột giấy
Là sư dơng các biƯn pháp cơ giới đĨ đưa bột ở dạng khô hay dạng kiƯn trộn với nước thành dạng huyỊn phù có thĨ dùng bơm đĨ vận chuyĨn đưỵc.
Thiết bị sư dơng ở khâu này là máy nghiỊn thủ lực hay máy ngiỊn Hà lan. Nhưng chđ yếu là máy nghiỊn thủ lực liên tơc hay gián đoạn, có thĨ đánh tơi ở nồng độ 2ữ7
% và nhiƯt độ <50oC.
Bộ phận chđ yếu cđa máy nghiỊn thđy lực là một Rôto hình cánh quạt tạo ra sự vận động dòng xoáy tuần hoàn cđa dung dịch làm cho các bó xơ sỵi bị lực cơ giới ma sát mà bung ra. Sau khi đã bị đánh tơi huyỊn phù bột lọt qua mắt sàng đĨ tháo ra. Nồng độ bột có thĨ lên tới 18%, nhưng tối thiĨu nhất là khoảng 6-8%, chất lưỵng bột sẽ đỊu hơn và tốt hơn.
2. NghiỊn bét xenluloza 2.1. /Khái niƯm chung :
- Nguyên liƯu xơ sỵi xenluloza sau khi đưỵc gia công bằng phương pháp hoá học, hoá lý, cơ, ... có thành phần chđ yếu là xenluloza, tồn tại ở dạng xơ sỵi. ĐĨ có đđ tính
chất hình thành các loại sản phẩm giấy, thì một công đoạn quan trọng có ý nghĩa quyết định là tiến hành quá trình nghiỊn.
- Quá trình nghiỊn bét giÊy là quá trình dùng lực cơ học tác dơng lên xơ sỵi xenluloza trong hỗn hỵp bột nước, làm biến đỉi vỊ mỈt cấu trĩc hoá lý nhằm đáp ứng các chỉ tiêu chất lưỵng cđa mỈt hàng giấy.
2.2./ Cơ chế nghiỊn bét
Cả lực cơ học do bộ phận dao chuyĨn động và lực nước cùng tác động lên xơ sỵi.
Đó là tác động cuộn, uốn, xoắn, kéo, nén xảy ra trong diƯn tích tiếp xĩc giữa lưỡi dao đế và dao bay, giữa sống dao và rãnh dao. Ngoài ra còn có lực trà sát giữa lưỡi dao và xơ sỵi và giữa các xơ sỵi với nhau.
Thông thường máy nghiỊn có hai loại dao: Dao đế ( cố định ) và dao bay ( chuyĨn động ), xơ sỵi đi giữa lớp dao đế và dao bay, nguyên lý hoạt động đưỵc mô tả theo những bước như sau:
1: Dao đế 2: Dao bay
1 2
1
2 2
1
2 1
Bước 1: Tạo thành bó bột và thoát nước cơc bé Bước 2: Ðp cơ học và thoát nước
Bước 3: Kéo trưỵt các bó bột Bước 4: Bó bột nở ra và hĩt nước
Bước 5: Tạo thành bó bột cho chu kỳ tiếp theo - Tác động đầu tiên:
+ Bóc tách vách tế bào cđa xơ sỵi, tạo thành các mảch vơn hoỈc xơ vơn + Nước thẩm vào qua vách tế bào, làm xơ sỵi trương nở
+ Một số liên kết giữa các thớ sỵi bị đứt, thay thế bằng các liên kết giữa nước và thớ sỵi- gọi là thđy hóa.
+ Xơ bột ngày càng mỊm mại hơn
+ Sù chỉi hóa là xơ sỵi bị tước ra thành nhiỊu xơ nhỏ, hai đầu tèo ra như chỉi
+ Xơ sỵi bị cắt ngắn - Tác động tiếp theo:
+ Vách tế bào bị nứt gãy.
+ Xơ sỵi nở ra
+ Một số Hêmi xenluloza trên mỈt xơ sỵi bị nước hòa tan từng phần tạo thành dạng keo
+ Xơ duỗi thẳng ra ( khi nồng độ bột thấp ) hay uốn cong lại ( khi nồng độ bột cao )
Như vậy: tác động đầu tiên cđa nghiỊn là làm dập nát, bóc tách dần làm vỡ lớp vỏ tế bào, vỏ này không trương nở ra đưỵc ( do chứa nhiỊu lignin ). Khi vỏ này bị vỡ một phần bị lộ ra lớp vách thứ hai hĩt nước mạch. Phần hai đầu cđa xơ sỵi sẽ bị cắt, đè nén, dập nát trước, liên kết nội bộ xơ sẽ bị phá vỡ trước do nước đưỵc hĩt vào. Kết qđa là hai đầu bó sỵi xảy ra sù chỉi hóa phân tơ, làm cho diƯn tích bỊ mỈt xơ tăng lên nhiỊu lần, vách tế bào bị phá vỡ càng nhiỊu, giải phóng ra các băng xơ. Đồng thời với sự bong ra cđa lớp vỏ xơ sinh M chứa nhiỊu Lignin là sự xâm nhập mạnh mẽ cđa nước vào các bó xơ. Làm cho xơ mỊm mại, đàn hồi hơn.
Quá trình trương xảy ra theo 2 giai đoạn
Giai đoạn 1: Tạo lớp vỏ solvat, làm yếu liên kết giữa các phân tư Xenluloza. Khi hình thành lớp vỏ solvat vỊ mỈt hoá lý đây là quá trình tỏa nhiƯt H < 0, S giảm. Giai đoạn này năng lưỵng giải phóng ra ( G < 0 ).
Bét xenlulo tiếp tơc bị tác dơng đến lĩc nào đó lực liên kết giảm nhanh, một số phân tư ở ngoài bị tách ra như pentozan tạo ra lớp màng keo trên bỊ mỈt xenlulo làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên.
Giai đoạn 2( Giai đoạn Hydrat hóa ): Giai đoạn 1 xảy ra đến một lĩc nào đó, một vài liên kết giữa các phân tư bị đứt ra, giải phóng ra các nhóm OH tù do trên bỊ mỈt Xenluloza. Mét nhóm OH tù do ( trên bỊ mỈt Xenluloza ) có thĨ hấp thơ đưỵc tới 4 phân tư H2O, làm đường kính cđa bã sỵi tăng lên. Chính sự tăng lên người ta gọi là “ Trương ’’- hiƯn tương đó gọi là trương. Mức độ trương tối đa cđa các loại xơ sỵi có sự khác nhau. Độ trương phơ thuộc vào độ kết tinh và phương thức sắp xếp cđa sỵi.
Những sỵi có độ sắp xếp định hướng cao thì quá trình trương trong nước theo hướng dọc sỵi thường rất nhỏ. Những sỵi không định hướng, hoỈc định hướng thấp thì sự trương xảy ra mạnh hơn. Chính vì vậy, qĩa trình nghiỊn có tác dơng phá vỡ sự sắp xếp có định hướng, tạo điỊu kiƯn cho qĩa trình trương xảy ra
2.3. /Tác dơng cđa nghiỊn tới xơ sỵi :
ho h o
h o
h o
o h h
o o
h o h
h o h
oh o
h h
- Bột giấy sau khi đưỵc qua nghiỊn, các thớ sỵi sẽ bị đánh tơi theo chiỊu dài, cắt ngắn theo chiỊu ngang, hai đầu bị chỉi hoá và trương nở mạnh. Kết quả làm bột giấy có chiỊu dài đồng đỊu, chiỊu ngang nhỏ hơn, tăng lực liên kết hyđro giữa các bỊ mỈt xơ sỵi khi hình thành tờ giấy.
- Nghiên cứu sự thay đỉi cấu trĩc xơ sỵi, trong quá trình nghiỊn bột người ta đã đưa ra nhiỊu giả thiết khác nhau như thuyết biến đỉi hoá học cđa Giou và Paladen. Thuyết biến đỉi vật lý, thuyết biến đỉi hoá lý. Ngày nay người ta cho rằng, quá trình nghiỊn dưới tác dơng cđa lực cơ học các xơ sỵi bị cắt ngắn và trương nở mạnh, phân tơ chỉi hoá trở nên rất mỊm dỴo. Do vậy các xơ sỵi dƠ đan dƯt với nhau, tăng bỊ mỈt tiếp xĩc, tăng lực ma sát tạo điỊu kiƯn cho quá trình ra keo sau này, tăng độ bỊn cơ học, tờ giấy sẽ trở nên mỊm dỴo, nhẵn phẳng và đồng đỊu hơn.
- Trong quá trình nghiỊn cơ học làm dập nát màng tế bào khó thấm nước tạo điỊu kiƯn cho nước thẩm thấu vào tế bào tiếp xĩc với các phần tư xenlulo, làm cho xenlulo hấp thơ nước và trương nở trong nước. Chính nhờ quá trình này mà xenlulo giải phóng ra nhóm OH tù do trên bỊ mỈt đại phân tư cđa nó. Hình thành các liên kết kết cấu hydro giữa nhóm OH tù do cđa phân tư xenlulo này với nước, phân tư nước với xenlulo kia. Chính lực liên kết cầu nối này tạo nên độ bỊn ướt cđa tờ giấy. Cầu nối hydro đưỵc miêu tả như sau:
Tóm lại : NghiỊn là phương pháp cơ học tác động vào bó sỵi xenlulo làm cho chĩng thay đỉi vỊ mỈt:
Lý học: Cắt, xé, phân tơ, chỉi hóa
Hóa học: Tạo ra các nhóm OH tù do trên bỊ mỈt xơ sỵi. Tạo cho bét Xenluloza nguyên liƯu mỊm mại, đàn hồi hơn, tăng bỊ mỈt tiếp xĩc, xơ sỵi dƠ đan dƯt với nhau, tăng lực ma sát tạo điỊu kiƯn thuận lỵi cho qĩa trình gia keo sau này, tờ giấy hình thành sẽ trở nên mỊm dỴo, nhẵn phẳng và đồng đỊu hơn, tạo ra tác động cđa liên kết Hydro đĨ hình thành độ bỊn tờ giấy sau qĩa trình sấy. Trong qĩa trình sấy, giấy khô đi, mất nước, do nứơc có sức căng bỊ mỈt, lĩc bốc hỵi đi kéo 2 xơ sỵi lại gần nhau, tạo liên kết cầu nối. Liên kết cầu nối này có năng lưỵng liên kết khá cao, khoảng 3900
cal/mol tạo nên độ bỊn chđ yếu cho tờ giấy. Vì vậy khi liên kết hình thành tờ giấy càngnhiỊu liên kết OH tạo ra độ bỊn cđa giấy càng cao.