Lí THUYếT Cơ BảN
II. Các phơ liƯu trong sản xuất giấy
ĐĨ nâng cao đỈc tính cđa giấy, giảm giá thành sản phẩm,đáp ứng khả năng đa dạng cđa giấy trong mọi lĩnh vực sư dơng, trong quá trình sản xuất giấy người ta thêm vào nguyên liƯu xênluloza các chất phơ liƯu
Các chất phơ liƯu trong sản xuất giấy bao gồm các nhóm keo, nhóm chất độn nhóm màu và các phơ gia khác.
*Nhóm keo: là những chất có tác dơng gia keo trên bỊ mỈt hoỈc trong nội bộ tờ giấy, nhằm điĨu chỉnh độ thẩm thấu cđa giấy đưỵc đánh giá bằng độ hĩt nước.
*Nhóm chất độn: Là những chất trộn lẫn vào trong bột giấy nó vừa có vai trò thay thế bớt lưỵng xơ sơi trong giấy tăng độ nhẵn, độ đơc, độ đồng đỊu bỊ mỈt.
*Nhóm phơ gia, phẩm màu: Là những chất cho vào hỗn hỵp bột giấy làm cho giấy có chất lưỵng cao hơn, tăng một số tính chất thẩm mỹ như màu, độ bóng láng, giảm giá thành sản phẩm . Tỷ lƯ cđa nhóm chất này chiếm một lưỵng nhỏ trong giấy Môi trường sản xuất giấy ( Axit hoỈc kiỊm tính ) khác nhau thì viƯc dùng chất phơ gia cịng khác nhau
*So sánh các chất phơ gia dùng trong quá trình axít tính và quá trình kiỊm tính sản xuất giấy bột hoá :
Phương pháp kiỊm tính có nhiỊu ưu điĨm hơn hẳn phương pháp axit tính như sau:
- Đối với vận hành:
+ DƠ nghiỊn bột hơn
+ Thoát nước và sấy nhanh hơn + PH ỉn định hơn
+Nước bỉ sung vào nghiỊn thủ lực đưỵc lấy trực tiếp từ đường thải thiết bị thu hồi bột mà không phải qua sư lý sơ bộ
Phô gia Môi trường gia keo, phô gia PH = 4,5÷ 5,5
(Quá trình axít tính)
PH=7,2÷8,4 (Quá trình kiềm tính)
Loại keo Keo nhựa thông AKD ( Alkyl Keten Dimer)
Phèn Dùng nhiều để đông tụ keo và gắn keo vào xơ sợi
Đôi khi dùng 1 Ýt để trung hoà điện tích âm
Chất độn Cao lanh CaCO3 nghiền hoặc kết tủa
Chất trợ bảo lưu
Cationic, Polyacrylamide (Percol , Cataretin ...)
Hệ thống bảo lưu vi hạt, hay hệ thống bảo lưu 2 thành phần ( Bentonite ...)
Tinh bét Cationic
Tăng độ bền là chính Tăng độ bảo lưu của AKD là chính
Chất tăng trắng
Dùng nhiều hơn Dùng Ýt hơn
Chất màu Không khác nhau Không khác nhau
Chất diệt khuẩn Biocide
Dùng bình thường Dùng nhiều hơn
- Đối với chất lưỵng giấy
+ Trắng hơn, mịn hơn + Độ bỊn cao hơn
+ Thời gian lưu trữ lâu hơn - VỊ kinh tế:
+ Lưỵng độn cao hơn tiết kiƯm sơ xỵi + Ýt chất tăng trắng hơn
+ Tèn Ýt nguyên liƯu hơn + Tiết kiƯm nước
+ Năng suất cao hơn
Chính vì vậy trong những năm gần đây, công nghƯ giấy đã thực hiƯn những biến đỉi to lớn từ công nghƯ sản xuất giấy axít sang kiỊm tính. Tuy nhiên phương pháp kiỊm tính cịng có một số khó khăn như sự phát triĨn mạnh cđa vi khuẩn sinh ra nhiỊu vấn đỊ trong vận hành. ViƯc vận chuyĨn và bảo quản keo AKD phải giữ ở to 15 oC Vì những ưu điĨm vưỵt trội cđa phương pháp kiỊm tính nên trong đỊ tài thiết kế nhà máy sản xuất giấy in sè I có gia keo bỊ mỈt, tôi chọn công nghƯ sản xuất theo phương pháp kiỊm tính. Các phơ liƯu dùng là: Keo AKD, tinh bét, CaCO3, Cataretin, chất tăng trắng
1. /Keo hoạt tính AKD 1.1. /Giới thiƯu:
Như chĩng ta đã biết, đĨ làm giấy có tính chống nước người ta đã gia keo vào tờ giấy. Phương pháp gia keo có thĨ là gia keo nội bộ hoỈc gia keo bỊ mỈt, khi giấy đưỵc gia keo nội bộ các chất phơ gia tiêu biĨu là keo nhựa thông, chất khuếch tán và keo hoạt tính như : AKD, ASA.
akd sợ i
bê n íc
Keo nhựa thông đã đưỵc sư dơng trong công nghiƯp giấy từ đầu thế kỷ 19 còn quá trình gia keo kiỊm tính hiƯn đại mới bắt đầu khoảng hơn 30 năm nay. Tuy nhiên nó đã phát triĨn nhanh chóng và đang dần thay thế cho keo nhựa thông trong môi trường axit. HiƯn nay người ta biết rằng khoảng 90% giấy tốt ở Châu Âu và 50 % giấy tốt ở Bắc Mỹ đưỵc sản xuất theo phương pháp gia keo kiỊm tính. ở Châu á, nhiỊu nước như: Nhật bản, Hàn quốc, Đài loan, Indonexia, Thái lan cịng đang phát triĨn theo phương pháp kiỊm tính có nhiỊu ưu điĨm hơn hẳn phương pháp axit tính.
Keo AKD làm cho giấy có tính chống thấm tốt hơn, tạo cho bỊ mỈt xơ sỵi một lớp ngăn cản sự phân tán dung dịch nước, mỈt khác nó có tác dơng tăng độ bỊn, tăng liên kết giữa các xơ sỵi ướt và tạo độ bóng cho bỊ mỈt tờ giấy.
Những tính chất đỈc trưng cho loại keo AKD như sau:
- Ngoại quan: dung dịch nhị tương màu trắng - Thành phần chÊt rắn: 15 40%
- Tính chất : Cationic - Tỷ lƯ ở 25oC ( kg/l) : 1 1,03 - PH : 5 7 - ĐiĨm đông ( oC) : 0 - Độ nhớt ở 25o
1.2. / Công thức cấu tạo
*Keo AKD ( Alkyl ketene dimer ) có công thức cấu tạo như sau:
R1 – CH = C – CH –R2
O – C = O R1,R2 : C14 – C18
1.3. /ĐỈc điĨm , tính chất cđa keo
Quá trình phát triĨn tác dơng gia keo ADK gồm 3 bước liên tiếp :
- Dính bám : Tiếp xĩc ban đầu cđa keo với xơ sỵi nhờ sự đông tơ cđa các hạt keo tích điƯn dương lên bỊ mỈt xơ sỵi tích điƯn âm.
- Dài mỏng : Quá trình này đưỵc xảy ra khi nước đưỵc bốc hơi do sấy đến mức tạo ra một lớp mỏng, bỊ dày cỡ 1 phân tư.
- Phản ứng : Xảy ra khi lớp đơn phân tư đưỵc hình thành tạo ra liên kết hoá học đồng hoá trị giữa keo và xenlulo.
1. Dính bám 2. Dàn mỏng 3. Phản ứng Keo AKD có hiƯu quả keo rất lớn do đó lưỵng dùng rất thấp chỉ ở mức 0,05 0,2% tính theo keo khô. ĐỈc biƯt giấy gia keo AKD duy trì độ trắng ban đầu và độ bỊn cđa nã theo thời gian, vì thế nó đưỵc dùng trong viƯc sản xuất giấy cho lưu trữ.
Keo AKD cịng thích hỵp cho giấy yêu cầu gia keo cao và giấy tốt chứa độn CaCO3.
Keo AKD không thích hỵp với bột cơ học, bột nghiỊn cơ, hoỈc bột cơ hoá. Riêng bột cơ nhiƯt hoá rưa sạch có thĨ dùng keo ADK.
Trong thực tế sư dơng, điĨm bỉ sung keo AKD vào bột giấy là rất quan trọng, như mét quy tắc nó phải đưỵc bỉ sung vào dòng bột đỈc trong vòng tuần hoàn ngắn trước khi bột bị pha loãng một thời gian rất ngắn . ViƯc này sẽ làm cho sự dính bám nhanh và giảm cực tiĨu hoá sự phân tách các hạt keo khái bỊ mỈt xơ sỵi.
Phản ứng giữa keo và xenlulo có thĨ đưỵc xĩc tác bởi một phơ gia, ví dơ như một sè polymebazơ có các nhóm amine ion HCO3- có sẵn trong bột giấy. Khi sư dơng CaCO3 làm chất độn, cịng có tác dơng xĩc tác chất tốt, nhưng nếu bỉ xung thêm Na2
CO3 hoỈc NaHCO3 đĨ tăng độ kiỊm thì càng tốt.
ậ quy mô công nghiƯp, khi sư dơng AKD với PCC (CaCO3 kết tđa) cần phải quan tâm đến viƯc hồi keo. Có nghĩa là độ gia keo bị giảm đi mất tính kỵ nước trong một thời gian. MỈc dù độ gia keo đưỵc đảm bảo khi vừa sản xuất ra, song sau vài tuần hoỈc vài tháng tính kỵ nước không còn đưỵc đảm bảo. HiƯn tưỵng này cần đưỵc khắc phơc bằng các quá trình xư lý tuỳ thuộc vào mơc đích sư dơng. Quá trình gia keo đưỵc coi là hiƯu quả khi lưỵng keo dùng Ýt nhất mà vẫn đạt đưỵc độ gia keo cần thiết. Mức dùng keo quá giới hạn không những gây lãng phí mà còn gây ô nhiƠm môi trường sản xuất.
Trong qui mô công nghiƯp, sư dơng PCC làm chất độn giấy đã làm gia tăng lỵi nhuận vì giảm đưỵc lưỵng xơ sỵi, nhờ chất độn rỴ tiỊn này. Trong các loại PCC làm phơ gia thì loại có cấu trĩc tinh thĨ đưỵc sư dơng rộng rãi nhất. Với cấu trĩc mở, xốp, tinh thĨ PCC tán xạ ánh sáng hữu hiƯu và làm cho chất độn này có độ đơc cao. PCC có đường kính hạt thường dùng nhất là 1,4 mm. Do sự kết tđa chỈt chẽ nên chất độn PCC có khoảng phân bố hĐp vỊ kích thước và có độ đồng nhất cao. Trái lại GCC (CaCO3 nghiỊn từ đá) từ đá vôi hoỈc đá hoa có cấu trĩc hạt không đồng nhất. Loại GCC tiêu chuẩn dùng làm chất độn cho sản xuất giấy có đường kính hạt trung bình là 0,7 mm trở lên và phân bố kích thước cđa hạt khoảng 2 mm. Keo AKD có điĨm nóng
r - ch2 - c - ch - r o o = o
= o c o r - ch2 - c - ch - r
oh axit beta keton
r - ch2 - c - ch - r - co2 o
o - muèi can xi beta keton r - ch2 - c - ch - r
= o o c o - phản ứng với caCo3 + ca
ca distearôn thủyphân phanr ứng với xenlulo keo akd ( r: c14 ÷ c16 )r - ch2 - c - ch - roo= o
xenlulo este beta keton
chảy xấp xỉ 115oF. Các yếu tố làm giảm độ gia keo cđa giấy kiỊm tính thường là: độ bảo lưu, sự phân tán và độ bám dính cđa keo trên bỊ mỈt xơ sỵi.
Theo nghiên cứu thư nghiƯm thì những hạt keo AKD có kích thước nhỏ hơn 1mm nóng chảy và dàn chải lên cả xơ sỵi và chất độn trong quá trình sấy. Khả năng tạo liên kết đôi giữa các nhóm hydroxyl cđa xenlulo và các vòng lacton cđa phân tư AKD đưỵc mô tả như sau:
Độ gia keo cđa AKD bị giảm theo thời gian là do ảnh hưởng cđa các chất phơ gia có mỈt trong bột. Sự tác động qua lại giữa AKD với chất độn CC (CaCO3) và ảnh hưởng cđa sản phẩm thủ phân AKD không tham gia vào phản ứng kỵ nước cđa giấy,do vậy ta thường chọn quá trình gia keo trước khi cho độn và quá trình cho độn càng gần điĨm bột lên lưới thì càng tốt.
Khi đỊ cập đến vấn đỊ tương hỗ giữa AKD và chất độn, có nghiên cứu cho rằng phần AKD nào phđ lên bỊ mỈt cđa chất độn CC thì có tác dơng gia keo yếu. Do AKD gắn lên bỊ mỈt chất độn với phần kỵ nước cđa phân tư hướng ra ngoài chất độn. Phản ứng hoá học giữa AKD và xenlulo thĨ hiƯn rằng AKD liên kết với chất độn CC và tạo ra muối canxi bêta kêton. Sự liên kết này không ỉn định và lâu dài vì dime biến tính sang Distearôn thủ phân thông qua axit beta keton.
Độ gia keo giảm vì dạng thủ phân này không tham gia vào đỈc tính kỵ nước cđa giấy. Độ Èm và nhiƯt độ là yếu tố thĩc đẩy quá trình biến đỉi Distearon.
Nghiên cứu tác động cđa nhiƯt độ sấy với hiƯu quả qua keo ADK đối với giấy có chứa GCC hoỈc PCC với mức dùng độn là 10%. Độ gia keo giảm khi nhiƯt độ sấy
tăng khi sư dơng chất độn PCC. Trường hỵp sư dơng GCC độ gia keo tăng khi nhiƯt độ sấy tăng từ 180oF dến 210oF. Khi nhiƯt độ tăng, sự dàn trải cđa AKD càng lớn.
Một phần keo có thĨ ngấm xuống và đưỵc giữ lại trong cấu trĩc ống cđa chất độn. Khi nhiƯt độ tăng lên thì độ gia keo tạo ra khác nhau. So với độ gia keo khi sư dơng 2 loại CC ở nhiƯt độ 180oF thì thấy rằng với PCC có độ gia keo cao hơn. Nhưng ở nhiƯt độ cao hơn nhiƯt độ này thì giấy với GCC lại chiếm ưu thế hơn. NhiƯt độ sấy thường cao hơn 180oF, nếu so giữa 2 loại chất độn thì độn GCC gia keo dƠ hơn độn PCC .
2. /Tinh bét cationic
Là một loại hydrocacbon tỉng hỵp có trong ngô, khoai, sắn và các thực phẩm khác do sù tỉng hỵp cđa các đơn vị đường glucô, có công thức cấu tạo (C6H12O6)n. Tinh bột có hai phần: một phần mạch thẳng gọi là: một phần mạch thẳng gọi là amiloza gồm khoảng 500 đơn vị mắt xích, một phần mạch nhánh gọi là amilopectin khoảng vài nghìn đơn vị mắt xích.
Dạng amiloza dƠ hồi phơc, tức các phần tư hoà tan lại kết tđa trở lại trạng thái ban đầu gây kết cơm cứng, vì vậy người ta phải dùng enzym đĨ hoá thành dạng amilopectin, hay còn gọi là tinh bột biến tính.
Tinh bét cịng là một chất cao phân tư, cịng tồn tại gốc hydroxyl alcol (thực vật) như Xenluloza, do vậy chĩng bám dính vào nhau và hình thành một liên kết vững chắc Xenluloza- Tinh bét- Xenluloza. Kết qđa là giấy sẽ tăng độ bỊn khô như độ nỉ, độ bỊn kéo, độ cứng, độ bỊn bỊ mỈt, độ nhẵn… khi in sẽ sắc nét hơn.
HiƯn nay các tinh bột ngoài sư dơng truyỊn thống làm trắng độ bỊn cđa giấy, nó còn áp dơng trỵ giĩp cho sự bảo lưu các thành phần trong hỗn hỵp bột giấy.
Khi gia keo AKD thì tinh bét cationic có tác dơng cải tiến sự bảo lưu cđa keo rất nhiỊu, do đó nó bắt buộc phải sư dơng vì độ bảo lưu cao thì bỏ keo míi có hiƯu quả.
Ngoài ra tinh bột có tác dung như là một chất trỵ bảo lưu các xơ sỵi.Do vậy ta chọn vị trí cho tinh bét ngay sau khi cho keo đĨ vùa đảm bảo bảo lưu đưỵc keo và không làm kết bông cđa xơ sỵi dài.
LiỊu lưỵng tinh bét cationic đưỵc dùng từ 0,6 1,2%. Nếu cho tinh bét cationic quá mức cịng dẫn đến khó khăn vỊ chạy máy và sự ỉn định cđa phần ướt.
Hình vẽ sau sẽ giải thích tại sao cho tinh bột vào giấy:
Khi ch a cã tinh bét Khi cã tinh bét
3. /Cacbonyl Metyl Xenlulo (CMC)
CMC là dẫn suất cđa xenlulo. Nó tồn tại dưới hai dạng và không tan trong nước.
Loại hoà tan trong nước là loại gắn với liên kết kiỊm (Na, Ca hoỈc Al). CMC có tính trương nở lớn, do vậy khi pha phải khuấy liên tơc với tốc độ lớn. CMC ngoài tác dơng làm tăng độ bỊn cđa giấy, nó còn tác dơng giảm thời gian nghiỊn, do vậy ta cho vào trước khi ngiỊn tinh( tại bĨ hỗn hỵp).
4. / Trỵ bảo lưu
Do kích thước cđa chất độn rất bé hơn so với mắt lướivà xơ sỵi ngắn dƠ bị lọt qua lưới theo nước trắng cho nên trong quá trình sản xuất cần phải bảo lưu các xơ sỵi ngắn bằng cách kết bông các xơ sỵi ngắn lại khi đó các chất độn cịng đưỵc giữ lại.
Vì vậy, bảo lưu chất độn thường thấp, đỈc biƯt trên máy xeo lưới đôi thế hƯ mới có lực thoát nước rất mạnh. Trên máy xeo lưới dài, kết quả bảo lưu thấp còn là do sự phân bố không đồng đỊu giữa mỈt dưới và mỈt trên, điỊu này ảnh hưỏng tới chất lưỵng in Ên. Ngoài ra viƯc bảo lưu thấp còn dẫn tới nồng độ chất độn, xơ sỵi mịn trong thoát nứơc thoát dưới lưới cao, đỈc biƯt đối với sản xuất giấy in Ên ( dùng hàm lưỵng độn lớn) làm giảm đáng kĨ khả năng thoát nước cđa bột trên lưới xeo, dẫn tới tốc độ và công suất vận hành cđa máy xeo giấy, tỉn kinh phí cho xư lý nước thải…
ĐĨ nâng cao hiƯu qđa cđa quá trình bảo lưu chất độn và sơ xỵi mịn trong giấy,thông thường các chất trỵ bảo lưu hoá học đưỵc sư dơng. Nó cực kỳ cần thiết trong công nghƯ giấy hiƯn nay, nhất là những loại giấy dùng nhiỊu chất độn.
Chất trỵ bảo lưu thường dùng là Cartarein , Bentonite
ĐĨ không tạo kết bông cđa xơ sỵi dài (ảnh ưởng đến tính chất cđa giấy) thì ta cho càng gần điĨm bột lên lưới càng tốt , ở đây ta chọn cho vào trước khi vào hòm tạo áp.
* ĐỈc tính sản phẩm:
- Dạng bột màu trắng
- Sản phẩm polyacrylamide trọng lưỵng phân tư cao - Tính chất : Cationic
- Tỷ trọng : 600 700 g/l - PH : 4
Cơ cấu kết bông
- Kết bông bởi sự trung hoà điƯn tích:
Do xơ sỵi và chất độn đỊu mang điƯn tích âm, nên chĩng đẩy nhau chất độn không gắn lên bỊ mỈt xơ sỵi đưỵc. ĐĨ triƯt tiêu lực đẩy giữa chĩng và tăng cường lực phân
polyacrylamide
Hạt độn
Hình vẽ minh hoạ cơ chế kết bông cđa trỵ bảo lưu
tán ta đưa phèn và tinh bột và đĨ trung hoà điƯn tích.Tuy nhiên, sự kết bông này cịng có hạn chế vì lực gắn kết giữa chĩng và xơ sỵi không đđ mạnh đĨ giữ trên lưới đối với những máy xeo lưới đôi có tốc độ cao, độ thoát nước mạnh
- Kết bông cầu nối:
Chính vì thế, Polyacrylamide có trọng lưỵng phân tư cao đưỵc đưa vào đĨ tạo mối liên kết cầu giữa hạt chất độn này với hạt chất độn khác và với xơ sỵi trên cơ sở hĩt bám tĩnh điƯn tạo thành kết bông rộng lớn giữa xơ sỵi và chất độn nhỏ trên lưới Lưỵng trỵ bảo lưu cho vào máy xeo phải đưỵc thư nghiƯm trước ở phòng thí nghiƯm vì nếu cho Ýt, không có tác dơng, nếu cho nhiỊu quá gây khó thoát nước trên lưới vì kết bông quá nhiỊu, thông lưỵng cho vào khoảng 0,03%/ tấn sản phẩm Công thức tính trỵ bảo lưu:
5. /Chất độn trong công nghiƯp giấy
Các chất độn vô cơ, dạng bột mịn, màu trắng đưỵc sư dơng rộng rãi trong quá trình sản xuất giấy và cacton nhằm cải thiƯn một số chỉ tiêu chất lưỵng cđa sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.
Giấy đưỵc độn sẽ tăng tính quang học và vật lý cđa tờ giấy. Nhờ có đường kính nhỏ, các hạt độn sẽ lấp đầy các lỗ đan xen giữa các xơ sỵi đưỵc làm cho tờ giấy chỈt, mỊm, mịn, trắng và có độ đơc cao hơn. Độn sư dơng trong sản xuất giấy sẽ thay thế một phần xơ sỵi dẫn đến hạ giá thành cđa sản phẩm do giá thành cđa nã rỴ hơn giá thành cđa xơ sỵi.
Tuy nhiên, tỷ lƯ phần độn trong giấy cịng bị hạn chế do tờ giấy sản xuất ra có độ bỊn kém hơn và giảm chất lưỵng keo. Thực tế lưỵng độn thường dùng trong khoảng 5 15% trọng lưỵng tờ giấy. Cá biƯt như giấy in lưỵng độn chiếm tới 20-25% trọng lưỵng giấy.
* Yêu cầu kỹ thuật đối với chất độn:
+ Là chất khó hoà tan trong nước.
+ Có độ trắng Ýt nhất phải bằng độ trắng cđa bét.
+ Là chất bỊn hoá học, có khả năng bảo lưu cao trong giấy.
+ Kích thước hạt đđ nhỏ.
* Chất độn thường dùng trong công nghiƯp giấy.
Bảo l u tổng quát =
Độ tro của
L ợng vào máy giấy giấy
Bảo l u một lần qua l ới = N bột ở hòm tạo áp – Nồng độ n ớc trắngd ới l ới Nồng độ bột ở hòm tạo áp