0,69 0,75 0,64 33 37 30 0,57 3,0 2,2 1,2
Các polymer tổng hợp: polyacrylatamid (PAD), poly acrylamide…Những poly mer này có nhóm mang điện tích dương có khả năng tạo liên kết tĩnh điện và liên kết hydro với xơ sợi và các hạt chất độn, phụ gia khác
4.5. Chất gia cường khô
4.5.1. Định nghĩa
Chất gia cường khô là chất có khả năng làm tăng liên kết giữa các xơ sợi ở trạng thái khô.
4.5.2. Một số chất gia cường khô
- tinh bột tự nhiên hoặc cation tinh bột - carboxymetyl cellulose (CMC)
- chất gia cường khô tổng hợp.
4.5.2.1. Tinh bột
Như đã trình bày ở trên, ngoài việc làm chất độn cho hiệu quả kinh tế và kỹ thuật thì tinh bột còn đóng vai trò là chất gia cường khô cho giấy. Tính chất gia keo của tinh bột liên quan đến mật độ nhóm hydroxyl có khả năng tạo liên kết hydro với nước. Trong quá trình sấy, nước bay hơi tinh bột sẽ tạo liên kết hydro với xơ sợi và các chất độn hay phụ gia khác gây ra tác dụng gia cường khô cho giấy. Thông thường tỷ lệ tinh bột biến tính được sử dụng khoảng 0,2 – 2,5% so với khối lượng chất rắn phần ướt.
4.5.2.2. Carboxymetyl cellulose
CMC là một dẫn xuất carboxylat tan trong nước của cellulose. Kích thước phân tử và thành phần của nó thay đổi trong các loại khác nhau. Việc sử dụng CMC là một chất
gia cường khô chỉ hạn chế cho một số loại giấy đặc biệt vì giá thành cao. Cũng tương tự như cellulose, CMC là một polymer tích điện âm do có nhóm carboxyl nên nó cần phải được sử dụng kèm với một cation polymer khác như phèn để tăng độ bảo lưu. Tuy nhiên việc kết hợp với phèn lại làm cho CMC chỉ có thể dùng trong công nghệ acid.
4.5.2.6. Chất gia keo tổng hợp
Phổ biến nhất của loại keo này là polyacrylamide (PAM). Các nhóm amide hoạt động có thể tạo liên kết hydro làm tăng số liên kết giữa các sợi. Polymer cơ sở mạch thẳng và không tích điện nên hiệu quả sử dụng kém do đó người ta đã thay đổi quy trình để sản xuất cation và anion của PAM.
Các cation PAM có khả năng tự bám lên xơ sợi nên không cần chất trợ bảo lưu còn anion PAM thì phải dùng thêm phèn hoặc chất tích điện dương khác. Tuy nhiên các anion PAM có mật độ điện tích thấp lại có tác dụng tốt hơn các cation PAM. Cation PAM ít có khả năng gây keo tụ hơn anion PAM và sử dụng thích hợp trong môi trường kiềm. Nhiều kết quả khảo sát cho thấy các nhóm amide có cực trong PAM tạo liên kết hydro với nhóm hydroxyl của nhóm cellulose mạnh hơn liên kết hydro giữa các sợi với nhau. Như vậy khi có mặt PAM thì ở các điểm tiếp xúc giữa xơ sợi hình thành liên kết sợi – PAM – sợi khá mạnh do đó độ bền khô được tăng cường.
Do giá thành cao nên người ta thường không sử dụng PAM làm chất gia cường khô duy nhất mà hay kết hợp dùng hệ bảo lưu hai thành phần như: phèn nhôm và PAM cation hay PAM cation và PAM anion. Việc thêm phèn nhôm vào làm tăng hiệu quả của PAM dẫn phạm vi ứng dụng của PAM chỉ tốt trong công nghệ kiềm hay trung tính.
Hình 4. 19: PAM Anion
4.6. Chất gia cường ướt
Chất gia cường ướt là những chất có khả năng tạo ra liên kết với xơ sợi mà liên kết này không bị phá vỡ khi gặp nước. Một số giấy cần phải dùng các chất này như: giấy khăn ăn, tã lót giấy trẻ em, giấy bồi tường, khăn giất trải bàn, bao gói thực phẩm, giấy in tiền…Khi sử dụng những chất này, độ bền với nước có thể tăng lên từ 20 – 50%. Việc lựa chọn chất gia cường ướt là tùy thuộc công nghệ xeo giấy là acid hay kiềm.
4.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia cường ướt 4.6.2.1. pH
Tuỳ loại công nghệ xeo giấy trong môi trường acid hay kiềm mà sử dụng chất gia cường ướt thích hợp. UF, MF tốt ở pH 4,5 còn các loại nhự đóng rắn thì pH từ 6 đến 10.
Hình 4. 20: Sự phụ thộc vào pH của các chất gia cường ướt
4.6.2.2. Sự bảo lưu các hạt mịn
Độ bảo lưu các hạt mịn cũng có ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng của các chất gia cường ướt vì nhựa có khuynh hướng hấp phụ trên bề mặt các hạt mịn. Mặt khác các chất gia cường ướt mang điện tích dương nên cũng có tác dụng trợ bảo lưu với các hạt mịn.
4.6.2.3. Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp là 500C. Nhiệt độ cao hơn sẽ làm giảm tác dụng của nhựa gia cường ướt.
4.6.2.4. Muối vô cơ
Sự hiện diện của một số cation hay anion trong huyền phù bột cũng có ảnh hưởng đến sự bảo lưu của các chất nhựa gia cường ướt. Một mức độ thích hợp của canxi làm
cho độ cứng của nước lên đến khoảng 100mg/l sẽ nâng cao hiệu quả của nhựa gia cường ướt nhưng với mức độ cao hơn lại dẫn đến sự kết hợp giữa ion canxi và ion carbonat có trên bề mặt sợi.
Các chất gia cường thuộc họ epoxi hoặc azetidinium không dễ bị thuỷ phân nên tác dụng gia cường ướt của chúng là vĩnh cửu. Việc tái chế chúng đòi hỏi cả sự kết hợp năng lượng cao và biện pháp hóa học.
4.6.3. Một số chất gia cường ướt thông dụng
- Urea – formaldehyde (UF): Giá rẻ, giấy thu hồi dễ tái sinh, có thể sử dụng chung với nhựa thông và phèn. Tuy nhiên chất này chỉ thích hợp với công nghệ xeo acid, pH thấp, có mùi formon, hiệu quả bền ướt không cao.
- Melamine – formaldehyde (MF): Hiệu quả bền ướt cao hơn UF, tăng cường cả độ bền khô nhưng rất nhạy cảm với ion sunfat và có mùi hôi formon.
- Epiclohydrine polyaminoacid (PPE): Khi hấp phụ lên xơ sợi sẽ đóng rắn để thành loại nhựa không tan có độ liên kết ngang cao trong môi trường trung tính hoặc kiềm có pH từ 6 – 10.
Hình 4. 21: Polymer amid amin
Bảng 4. 7: Một số ưu và nhược điểm của các chất nhựa gia cường ướt
Nhựa Ưư điểm Nhược điểm
UF Giá rẻ, dễ tái sử dụng, có thể kết hợp với phèn
pH thấp, có mùi formon, hiệu quả gia cường ướt không vĩnh viễn.
MF Hiệu quả sử dụng máy và gia
cường ướt, khô cao
Nhạy cảm với ion sunfat, tổng thành phần rắn thấp, giải phóng formon.
Nhựa Ưư điểm Nhược điểm Glyoxal Hiệu quả sử dụng máy và gia
cường ướt, cao, dễ tái sử dụng làm bột giấy
Nhạy cảm với pH, khả năng gia cường ướt trung bình, thời gian tác động ngắn.
Polyamide Giá rất thấp, khoảng pH sử dụng được cao, hiệu quả sử dụng máy tốt.
Không dễ tái sinh để sử dụng, ô nhiễm nước thải.
Polyamine Giá thấp, hiệu quả sử dụng máy tốt, mật độ cation cao
Không dễ tái sinh để sử dụng, ô nhiễm nước thải.
Epoxide Hiệu quả sử dụng máy và gia cường ướt cao, thời gian tác động là vĩnh cửu.
phải hoạt hóa trước khi sử dụng, ô nhiễm nước thải.
Tuỳ theo mục đích sử dụng của giấy mà người ta áp dụng loại nhựa gia cường ướt với các tỷ lệ khác nhau.
Hình 4. 22: Các thông số kỹ thuật của việc sử dụng chất gia cường ướt
Môi trường xeo giấy Điện tích Ứng dụng Tỷ lệ sử dụng
(% khối lượng)
Môi trường acid:
UF Không ion Giấy in tiền 0,4 – 2,0
MF Laminate
Tinh bột dialdehyde Anion Giấy viết tốt 0,4 – 0,9
Glyoxal - polyacrylamide Cation Giấy vệ sinh, khăn
lau 0,2 – 0,4
Trung tính:
Polyamide- epichlorohydrin
Cation
Giấy vệ sinh, khăn lau, bao gói thực phẩm, laminate, giấy viết…
0,2 – 0,7
Polyamine – pichlorohydrin
Cation Giấy bìa cứng,
giấy vệ sinh, khăn
Môi trường xeo giấy Điện tích Ứng dụng Tỷ lệ sử dụng (% khối lượng) lau
Epoxide -
epichlorohydrin Cation Giấy in tiền 0,4 – 0,9
4.7. Các chất màu
4.7.1. Phát quang trắng
4.7.1.1. Mục đích
Làm cho giấy sáng hơn, do đó dùng với bột tẩy trắng
4.7.1.2. Nguyên tắc
Chất màu hấp thu ánh sáng ở vùng tử ngoại: (bước sóng < 370 nm) và phát xạ lại trong vùng xanh của ánh sáng khả kiến (bước sóng = 445 nm), cho hiệu ứng huỳnh quang xanh ở ánh sáng ban ngày
4.7.1.3. Phạm vi áp dụng
Vật liệu hấp thu ánh sáng tử ngoại sẽ làm giảm tính hiệu quả của huỳnh quang và đó là: lignin, TiO2, đất sét. CaCO3 thì phản chiếu ánh sáng tử ngoại,do vậy làm tăng hiệu quả của màu huỳnh quang. Ví dụ: tác chất tẩy trắng quang học CATOWHITE 2B có các đặc tính kỹ thuật: thành phần hóa học 4, 4'-diaminostibene 2, 2-disulphonic acid, trạng thái vật lí là dạng bột màu vàng sáng, pH = 8-9, đặc tinh ion: anion. Khả năng hoàn tan trong nước nóng là 250g/l, trong nước lạnh là 50g/l. Áp dụng trên sợi cho sợi cellulose và polyamid.
4.7.2. Thuốc nhuộm
Các chất màu sử dụng trong công nghiệp giấy thuộc 1 trong 4 nhóm thuốc nhuộm sau: pigment, phẩm acid, phẩm baz, phẩm nhuộm trực tiếp. Thuốc nhuộm phân tán: họ này gồm 3 nhóm: bột màu vô cơ tự nhiên, bột màu vô cơ tổng hợp, bột màu hữu cơ tổng hợp. Loại hữu cơ tổng hợp là quan trọng nhất cho công nghiệp giấy.
4.7.2.1. Thuốc nhuộm phân tán
Những tính chất quan trọng của thuốc nhuộm phân tán: có độ bền ánh sáng tốt, giá trị màu thấp, không có ái lực trực tiếp với sơ sợi, để giải quyết vần đề này người ta dùng thêm phèn để bảo lưu (điều chỉnh pH < 5).
Những tính chất quan trọng của thuốc nhuộm acid: dùng chủ yếu cho len và nilon , một vài loại dùng cho giấy, chúng là muối tan trong nước của acid hữu cơ mạch vòng có đặc tính mang màu. Phần lớn phẩm màu acid là nhóm azo, độ hòa tan cao trong nước, tạo dung dịch kiềm tính, độ bền ánh sáng khá trở lên, ai lực với cellulose thấp do đó phải thêm chất trợ bảo lưu.
Ví dụ : phẩm nhuộm acid : Acid yellow 36 ( C.I. 13065)
4.7.2.3. Thuốc nhuộm kiềm
Muối clorur, sulfat oxalat của những kiềm có màu. Ví dụ: công thức màu xanh là cây là phẩm kiềm
4.7.2.4. Thuốc nhuộm trực tiếp
Là muối Natri của màu acid, tương tự như màu acid nhưng được biết như màu trực tiếp vì chúng có ái lực với cellulose.Ví dụ màu xanh trực tiếp có công thức:
Trong nước thuốc nhuộm tồn tại ở dạng keo, màu acid có ái lực với cellulose thấp hơn thuốc nhuộm trực tiếp. Gần đây người ta sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp dạng cationic để tăng ái lực với cellulose, tính bảo lưu tăng khi sử dụng phèn hoặc chất trợ bảo lưu, ngoài ra còn có thể gia nhiệt huyền phù bột khi đưa màu vào. Thuốc nhuộm phân tán có độ bền ánh sáng tốt, giá trị màu ở mức trung gian, thích hợp trong khoảng pH rộng.
4.1. Bài tập Bài 1:
Một bể chuẩn bị bột Kraft tẩy trắng cho sản xuất giấy viết định lượng giấy 50g/m2. Sử dụng nguyên liệu là bột giấy Kraft tẩy trắng. Bể chuẩn bị bột có thể tích bột là 40m3, nồng độ cellulose trong bể là 150 g/l.
Các chất phụ gia sử dụng bao gồm: keo AKD, CaCO3 dạng kết tủa, chất trợ bảo lưu tinh bột cation, chất phát quang trắng. Mức dùng các hóa chất so với nguyên liệu khô tuyệt đối là: 1,0% AKD, 20% CaCO3, 3% tinh bột cation và 0,2% phát quang. a Tính khối lượng (kg): Keo AKD, CaCO3, chất trợ bảo lưu tinh bột cation và chất
phát quang.
b Trình tự cho các hóa chất vào bể chứa bột.
c Viết phương trình phản ứng của AKD với Celulose. Bài 2:
Một bể chuẩn bị bột Kraft tẩy trắng cho sản xuất giấy viết định lượng giấy 55g/m2. Sử dụng nguyên liệu là bột giấy Kraft tẩy trắng. Bể chuẩn bị bột có thể tích bột là 20m3, nồng độ cellulose trong bể là 200 g/l. Các chất phụ gia sử dụng bao gồm: keo AKD, nồng độ keo AKD là 20%, CaCO3 dạng kết tủa, chất trợ bảo lưu tinh bột cation, Chất phát quang. Mức dùng các hóa chất so với nguyên liệu khô tuyệt đối là: 0,5% AKD, 25% CaCO3, 3% tinh bột cation và 0,5% phát quang.
a Tính khối lượng (kg): Keo AKD, CaCO3, chất trợ bảo lưu tinh bột cation và chất phát quang.
b Trình tự cho các hóa chất vào bể chứa bột.
c Viết phương trình phản ứng thủy phân AKD trong môi trường kiềm, môi trường acid.
d Có thể thay thế CaCO3 bằng TiO2 được không, giải thích? Bài 3:
Một bể chuẩn bị bột để sản xuất giấy gợn sóng carton , định luợng 170 g/m2. Nguyên liệu sử dụng là bột Kraft không tẩy, độ nghiền bột là 65o SR. Bể chuẩn bị bột có thể tích phần chừa bột bột là 20m3, nồng độ bột trong bể là 200 g/lít. Hóa chất sử dụng cho vào bể chứa bột là: keo nhựa thông, phèn nhôm và chất trợ bảo lưu tinh bột cationic.
Nồng độ keo nhựa thông là 200g/lít, phèn nhôm là 150 g/l, tinh bột cation là 500g/lít. Mức dùng các hóa chất là : nhựa thông 0,5%, phèn nhôm 1,5 % và tinh bột cationic là 1% so với nguyên liệu khô tuyệt đối.
a Tính thể tích keo nhựa thông, thể tích phèn nhôm, thể tích tinh bột cation cho vào bể chuẩn bị bột.
b Viết phương trình phản ứng điều chế keo nhựa thông từ clophan và NaOH , Na2CO3 .
Chương 5 XEO GIẤY
5.1. Giới thiệu máy xeo
Xeo giấy là công đoạn tạo hình tờ giấy. Công việc này được thực hiện trên một thíêt bị đặc trưng gọI là máy xeo. Thíêt bị máy xeo đầu tiên xuất hiện vào cuối thế kỷ 18. Phát triển qua nhiều năm, kể từ những năm 70 của thế kỷ 20 đến nay máy xeo giấy đã có những bước phát triển nhảy vọt ( ví dụ vận tốc có thể đạt 1800m/phút, chiều rộng của lưới xeo có thể đạt10m). Tuy nhiên chúng luôn có nững phần cơ bản như:
- Phần cung cấp bột ( gồm hệ thống phân phốI bột và thùng đầu)
- Phần tạo hình (gồm lưới tạo hình hay gọI là lưới xeo và các chi tiết hút nước) - Phần sấy (có khi trong phần này còn bố trí cả phần xử lý bề mặt)
Trong chương này sẽ đề cập phần 1 và phần 2, gọI là phần ướt máy xeo. Một máy xeo dài, như được minh ở hình sau gồm những phần sau:
1. Bộ phận cung cấp bột 2. Thùng đầu 3. Môi phun 4. Tấm định khổ giấy bằng cao su 5. Trục ngực 6. Tấm định hình 7. Nhóm các dao gạt 8. TRục đỡ
9. Hộp chân không (trước trục làm đều giấy) 10. Trục làm đều giấy. 11. Trục ép 12. Trục chỉnh lướI 13. Trục bụng 14. Trục rữa lướI 15. Trục căng lướI 16. Trục dẫn 17. Trục căng lướI 18. LướI xeo
19. Hộp chân không (vắt kiệt nước).
Hệ thống phân phốI: giữ nhiệm vụ cung cấp huyền phù bột từ hệ thống ống dẫn một cách đồng đều đến trước máy xeo.
Thùng đầu: sẽ cung cấp những tia bột đồng nhất cho một lưới tạo hình chyuển động liên tục (lưới xeo).
Lưới xeo dài: là một băng lưới chuyển động vô tận (không có điểm kết thúc) và trên đó lớp đệm sợi sẽ được hình thành khi nước được thoát qua lưới.
Băng giấy sau khi được tạo hình sẽ đi qua một dãy những trục ép để tách bớt nước và làm cho lớp đệm sợi trở nên vững chắc hơn (do lúc này các sợi được tiếp xúc dễ hơn).
Phần nước còn lạI trong lớp đệm sợi kế đó được cho bay hơi, liên kết sợi được phát triển khi băng giấy tiếp xúc với một chuổI nhiều ống hình trụ có gia nhiệt trong một buồng sấy.
Giấy được cán qua những khe ép trục để giảm bề dầy và làm cho tờ giấy phẳng hơn.
Giấy sau khi sấy khô và cán l1ng được thành cuộn lớn.
Máy xeo dài theo như mô tả có thể được cảI tiến để có những thiết kế thích hợp cho việc sản xuất nhiều loại giấy. Ngày nay, trên những máy xeo hiện đại còn trố trí thêm bộ phận gia keo, bộ phận tráng, bộ phận ép quang…
5.2. Hệ thống phụ trợ
Bao gồm các bơm, để chuyển vận, đong đo, pha loang, phốI trộn. Kế đến là hệ thống thíêt bị sàng, tinh chế bột trước khi vào máy xeo. Sơ đồ hệ thống phụ trợ đơn giản của máy xeo được minh họa ở hình sau.
5.2.1. Thùng đầu và bộ phận phân phốI bột cho máy xeo