Nghiên cứu sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation để nâng cao chất lượng giấy in

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM
CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ
**************&************

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2011

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP TINH BỘT CATION VÀ
POLYACRYLAMIT CATION ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
GIẤY IN
Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG
Cơ quan chủ trì: VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ
Chủ nhiệm đề tài: Hoàng Mạnh Vinh
Kỹ sư công nghệ giấy




9026

HÀ NỘI 11/2011
2

MỤC LỤC
STT
NỘI DUNG
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5
MỞ ĐẦU 6
PHẦN I TỔNG QUAN 8
1
POLYACRYLAMIT CATION SỬ DỤNG LÀM CHẤT
TRỢ BẢO LƯU TRONG SẢN XUẤT GIẤY
8
1.1
Tổng quan về polyacrylamit
9
1.1.2 Polyacrylamit cation làm trợ bảo lưu trong sản xuất giấy 11
2
TINH BỘT CATION DÙNG TRONG SẢN XUẤT GIẤY
13
2.1 Tổng quan về tinh bột
13
2.2 Tinh bột cation 14
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng tinh bột
cation làm chất tăng bền khô
15
2.3.1 Ảnh hưởng của quá trình hồ hóa tinh bột 15
2.3.2 Ảnh hưởng của mật độ điện tích (charge density) của tinh
bột cation
16
2.3.3 Ảnh hưởng của độ dẫn điện của nước trắng 17
2.3.4 Ảnh hưởng của pH môi trường xeo 17
2.3.5 Ảnh hưởng của nồng độ các anion tạp chất 17
2.3.6 Ảnh hưởng của thời điểm gia tinh bột cation vào hỗn hợp
bột

17
3 SỬ DỤNG KẾT HỢP TINH BỘT CATON VÀ
POLYACRYLAMIT CATION TRONG SẢN XUẤT
GIẤY IN
18
PHẦN II
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
19
2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu
19
2.1.1 Nguyên liệu 19
2.1.2 Hóa chất 19
2.1.3 Thiết bị 19
2.2 Phương pháp nghiên cứu 19
2.2.1 Mô tả phương pháp nghiên cứu 19
2.2.2 Xác định các chỉ tiêu chất lượng của giấy 21
PHẦN III
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
22
3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo
lưu và các tính chất cơ lý của giấy

22
3

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh
bột cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và
tính chất cơ lý của giấy
23
3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của polyacrylamit cation đến độ

bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy
23
3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột
cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính
chất cơ lý của giấy
25
3.2.3 Nghiên cứu lựa chọn mức dùng tinh bột cation và
polyacrylamit cation thích hợp trong sản xuất giấy in
29
3.3 Sản xuất thực nghiệm 33
3.3.1 Giai đoạn chuẩn bị bột giấy 34
3.3.1.1 Nghiền bột 34
3.3.1.2 Quy trình gia phụ liệu 34
3.3.2 Giai đoạn xeo giấy 35
3.4
Kết luận và kiến nghị 37
3.4.1 Kết luận 37
3.4.2 Kiến nghị 39
Tài liệu tham khảo 40
3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

CPAM : Polyacrylamit cation
CS : Tinh bột cation
GCC : Chất độn CaCO
3
nghiền
DS : Độ thế (tinh bột cation)
PDADMAC : Polydiallyl-dimetyl-amoni clorit

PEI : Polyetylen imin
PAC : Polyaluminum clorit
4

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của polyacrylamit
Bảng 1.2 Mật độ điện tích của một số chất trợ bảo lưu thông dụng
Bảng 3.1
Ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của
giấy in
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý
của giấy
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit
cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy
Bảng 3.4 Nghiên cứu lựa chọn mức dùng tinh bột cation và polyacrylamit
cation thích hợp trong sản xuất giấy in
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của chủng loại polyacrylamit cation
Bảng 3.6 Một số chỉ tiêu chất lượng của giấy in sản xuất thử nghiệm

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1
Kết bông bắc cầu với polyacrylamit cation
Hình 1.2
Điểm bổ xung polyacrylamit cation trong quá trình sản xuất giấy
Hình 1.3
Phản ứng điều chế tinh bột cation
Hình 3.1
Độ tro của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai hoặc bổ

xung một trong hai phụ gia CS và CPAM
Hình 3.2
Chiều dài đứt của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai
hoặc bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM
Hình 3.3
Chỉ số xé của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai hoặc
bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM
Hình 3.4
Tính chất quang học của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả
hai hoặc bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM
Hình 3.5
Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất

6

MỞ ĐẦU
Ngày nay, các nhà sản xuất giấy thường có xu hướng là đưa hàm lượng chất độn
cao nhất có thể vào giấy, để tận dụng các nguồn chất độn giá rẻ có sẵn trong tự nhiên
như CaCO
3
và cao lanh. Việc tăng hàm lượng chất độn trong giấy cũng đồng nghĩa với
việc giảm hàm lượng xơ sợi bột giấy, qua đó giảm được chi phí sản xuất và lượng chất
thải ra môi trường. Đối với giấy in, giấy viết, tăng hàm lượng chất độn còn có thể cải
thiện được một số tính chất như tăng độ đục, độ trắng, độ
nhẵn cũng như tính đồng đều
của tờ giấy. Tuy nhiên, khi tăng hàm hàm lượng chất độn, độ bền của giấy sẽ giảm đi.
Vì vậy, để không làm ảnh hưởng tới chất lượng giấy đồng thời giữ lại lượng chất độn
nhiều nhất có thể ở trong giấy bắt buộc phải sử dụng các chất phụ gia. Hiện nay, các
nhà máy sản xu
ất giấy in, giấy viết trên thế giới thường sử dụng chất phụ gia là tinh bột

cation và chất trợ bảo lưu.
Ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất giấy in, giấy viết lớn như Tổng công ty Giấy
Việt Nam (Công ty giấy Bãi Bằng trước đây), Công ty cổ phần Tập đoàn Tân Mai,
trong sản xuất giấy in, viết chất phụ gia được sử dụng là tinh bột cation và hệ trợ bảo
lưu hai thành phần. Do đó, sản phẩm của hai đơn vị này có tính cạnh tranh và chất
lượng hơn hẳn các đơn vị khác.
Các đơn vị sản xuất giấy in, giấy viết vừa và nhỏ ở nước ta trong sản xuất thường
chỉ sử dụng tinh bột cation và rất ít đơn vị sử dụng kết hợp cả hai thành phần này là
tinh bột cation và chất trợ bảo lưu.
Hiệ
n tại, ngành giấy cũng chưa có một nghiên cứu cụ thể nào về việc sử dụng kết
hợp giữa tinh bột cation và chất trợ bảo lưu trong sản xuất giấy in , giấy viết. Chính vì
lý do đó mà việc sử dụng hai chất này vẫn chưa được phổ biến rộng rãi tới các doanh
nghiệp trong nước.
Vì vậy, năm 2011, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã được Bộ Công Thương
đặt hàng đề tài: “Nghiên cứu sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation
để nâng cao chất lượng giấy in” Với nghiên cứu này sẽ giúp cho các doanh nghiệp
thấy rõ tính hơn hẳn của chất lượng giấy khi có sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và
chất trợ bảo lưu mà ở đây là sử dụng polyacrylamit cation, so với giấy chỉ sử dụng tinh
bột cation hoặc không sử dụng cả hai. Hơ
n nữa, nghiên cứu này cũng giúp cho các
7

doanh nghiệp trong việc sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và polyacrylamit một
cách có hiệu quả và khoa học.
Mục tiêu của đề tài:
Xây dựng được quy trình công nghệ thích hợp sử dụng kết hợp tinh bột cation
và polyacrylamit cation nhằm nâng cao chất lượng giấy in và giảm chi phí sản xuất.
Nội dung nghiên cứu :
- Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý

củ
a giấy.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và
polyacrylamit cation tới độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy.
- Xác định quy trình công nghệ sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và
polyacrylamit cation trong sản xuất giấy in.
- Sản xuất thử nghiệm 500 kg giấy in theo quy trình đã chọn.




8

PHẦN I
TỔNG QUAN
I. POLYACRYLAMIT CATION SỬ DỤNG LÀM CHẤT TRỢ BẢO LƯU
TRONG SẢN XUẤT GIẤY
Sản xuất giấy trên máy xeo thực chất là một quá trình lọc. Trên lưới xeo, quá
trình hình thành và quá trình thoát nước diễn ra liên tục và giữ lại phần lớn các chất
rắn bao gồm các xơ sợi, các hạt chất độn và các phụ gia. Phần được giữ lại trên lưới
tiếp đó được dẫn qua các công đoạn hút chân không, ép, sấy, ép quang trở thành tờ
giấy. Phần huyền phù rắn cùng với một phần lớn nước thoát ra từ huyền phù bột qua
lưới được gọi là nước trắng.
Quá trình thoát nước trên lưới là quá trình tạo hình tờ giấy từ huyền phù bột.
Quá trình thoát nước phải đủ lớn để đảm bảo cho tờ giấy ướt sau khi qua bộ phận
lưới không bị tan rã, do đó độ dài của lưới xeo phải đủ để giấy đạt
độ bền nhất định.
Tốc độ thoát nước của huyền phù bột trên lưới là yếu tố cơ bản để xác định tốc độ
chạy máy.
Có thể tăng tốc độ thoát nước bằng việc sử dụng lưới xeo có mắt lưới rộng cho

phép nước trắng thoát ra nhanh hơn.
Tuy nhiên, trong huyền phù bột các xơ sợi, chất độn, và các chất bổ xung vào để
cải thiện các tính chấ
t của giấy sẽ được giữ lại kém hiệu quả nếu lưới có kích thước
mắt lưới lớn. Nồng độ nước trắng có thể tăng đáng kể và gây ra các vấn đề khác
nhau trong vòng tuần hoàn nước trắng, chẳng hạn như vấn đề bám dính. Ngoài ra,
chất lượng và số lượng của sản phẩm giấy cũng sẽ giảm đi. Mặt khác, nếu sử dụng
l
ưới xeo mắt lưới nhỏ hơn, quá trình bảo lưu xơ sợi sẽ tăng đáng kể nhưng khả năng
thoát nước sẽ bị giảm xuống.
Tăng khả năng bảo lưu xơ sợi mịn và chất độn tại phần ướt máy xeo giấy là một
mục tiêu công nghệ quan trọng đã và đang được nghiên cứu, giải quyết và hoàn
thiện. Nhìn chung, để nâng cao độ bả
o lưu chất độn một số giải pháp công nghệ
theo các lý thuyết sau thường được lựa chọn:
- Giảm lượng nước pha loãng.
- Sử dụng các chất kết bông nhằm liên kết các hạt chất độn có kích thước nhỏ
tạo thành các khối có kích thước lớn hơn có thể kết tụ hiệu quả lên bề mặt xơ sợi
hoặc tạo ra các điều kiện hóa lý để
các hạt mịn có thể bám vào xơ sợi (kết bông vi
mô).
Với giải pháp thứ nhất, khi giảm lượng nước pha loãng bột lên lưới thì độ bảo
lưu chất độn và xơ sợi vụn sẽ tăng, tuy nhiên đi cùng với nó là chất lượng giấy thu
nhận được không cao (giấy nhiều vân mây, không đồng nhất) do đó trong thực tế
thường sử dụng giải pháp thư hai.
9

Trong nhiều năm, các nhà sản xuất giấy đã nhận ra tầm quan trọng của một số
hóa chất có khả năng làm tăng độ bảo lưu của các thành phần trong giấy. Đầu tiên,
một sản phẩm đơn giản, chẳng hạn như phèn nhôm được sử dụng để tăng độ bảo

lưu các hạt mịn trong giấy in và giấy có gia chất độn. Ngày nay, các chất trợ bả
o lưu
hiện đại như các polyme tổng hợp, đặc biệt là polyacrylamit đã được ứng dụng để
cải thiện độ bảo lưu và khả năng thoát nước tại phần ướt máy xeo [8].
1.1. Tổng quan về polyacrylamit
Polyacrylamit là một polyme được sử dụng rộng rãi làm chất trợ bảo lưu trên thế
giới, chúng được sử dụng trong tất cả các loại giấy khi cần tăng độ bả
o lưu của chất
độn và xơ sợi mịn. Các sản phẩm này được sản xuất dưới dạng chất rắn, phân tán
(trong dầu), và dạng nhũ tương nghịch (dầu trong nước) theo thứ tự giảm dần phạm
vi hoạt động của sản phẩm [6]
Các polyme này có cấu trúc cơ bản như sau:
-[-CH
2
-CH(CONH
2
)-CH
2
-CH(CONH
2
)-CH
2
-]
n
-
n = 3.000 đến 36.000
Từ năm 1995, monome acrylamit đã được thương mại hóa. Hợp chất này từ lâu
đã được biết đến trong việc sản xuất ra các polyme tan trong nước, nhờ quá trình
đồng trùng hợp với các monome khác hoặc tự trùng hợp. Sự sẵn có của acrylamit đã
đem lại cho nghành công nghiệp một phương tiện hiệu quả để sản xuất các polyme

hoạt động – anion, cation, hoặc không thuộc ion – nhằm đáp ứng các yêu cầu c
ủa
công nghệ hiện đại.
Các polyme này đã đáp ứng đầy đủ các nhu cầu quan trọng của các nghành chế
xuất qua khả năng phản ứng hóa học của các polyme hoặc qua các polyme với
thành phần, khối lượng phân tử hoặc mức độ tạo màng cần thiết trong các ứng dụng
đặc biệt.
Acrylamit được tổng hợp nhờ thủy phân axit acrylonitrin qua acrylamit sun phát.
Cả polyacrylamit và polymetylolacrylamit đều là các polyme tan trong nước cạnh
tranh với các vậ
t liệu như cacboxy metyl xenluloza (CMC) hay polyvinyl ancol
(PVA).
Copolyme của acrylamit và dimetylaminopropyl acrylamit đã được tổng hợp để
sử dụng làm chất đông tụ và làm đặc. Nó hoạt động như một tác nhân keo tụ khoáng
sét và tuyển quặng, có khả năng ứng dụng trong sử lý nước thải. Đó là các vật liệu
cation, khác với các loại polyacrylat anion và polyetylen oxit không ion.
10

Các polyme và copolyme này hiện đang được sản xuất với số lượng lớn và có
tính chất đồng đều cao hơn nhiều so với các loại gôm tự nhiên tan trong nước khác.
Polyacrylamit hoàn toàn khô là một chất rắn trắng giòn. Bột polyacrylamit
thường chứa 5 đến 15% nước. Bột này hút ẩm và nhìn chung độ hút ẩm tăng khi
tính chất ion của polyme tăng. Các polyme cation là loại hút ẩm mạnh.
Một số tính chất vật lý của polyacrylamit được liệt kê trong bảng 1. Tính lậ
p thể
và tuyến tính của polyme được cho là phụ thuộc vào nhiệt độ trùng hợp. Polyme
mạch thẳng thu được ở dưới 50
o
C nhưng sự phân nhánh bắt đầu xuất hiện ở cùng
nhiệt độ và tăng trên mức độ này.

Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của polyacrylamit [1]
Tính chất Giá trị
Tỷ trọng, g/cm
3
1,302
Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh,
o
C 188
Sức căng bề mặt tới hạn, mN (dyn/cm) 35 – 40
Tinh thể Vô định hình
Tan trong các dung môi Nước, etylen glycol, formamit
Phi dung môi Xeton, hydrocacbon, ete, ancol
Cất phân đoạn dung môi Nước – metanol
Các khí kết hợp trong không khí H
2
, CO, CO
2
, NH
3
, NO, NO
2

Polyacrylamit khô thương mại là bột không bụi và các hạt có dạng hình cầu. Các
sản phẩm có thể chứa một lượng nhỏ chất thêm vào để tăng độ bền và khả năng hòa
tan của polyme trong nước. Hầu hết các bột polyacrylamit sẽ phát triển độ nhớt đầy
đủ trong nước với sự khuấy trộn nhẹ. Thời gian hòa tan là phụ thuộc vào trọng
lượng phân tử và độ cứng của nước. Polyacrylamit tan đượ
c trong nước ở tất cả các
nồng độ, nhiệt độ và giá trị pH. Nhằm đảm bảo cho sự phân tán tốt thì tốc độ thêm
polyme phải giảm khi độ nhớt của dung dịch tăng lên. Trong nước, polyacrylamit

trọng lượng phân tử cao tạo thành dung dịch đơn độ nhớt cao.
Dung dịch polyacrylamit có khả năng hòa tan tốt đối với các chất điện ly như:
amoni clorua, canxi sunphat, đồng sunphat, kali hydroxit. Các tác nhân hoạt động
bề
mặt cũng tương hợp với dung dịch polyacrylamit.
11

Dung dịch polyacrylamit thường không bị các vi sinh vật tấn công nhưng nó lại
là nhân tố góp phần vào sự phát triển của các loại nấm mốc. Vì vậy khi bảo quản
dung dịch polyacrylamit cần phải bổ xung thêm một loại thuốc diệt nấm mốc thích
hợp như muối kiềm, diclophen, natri pentaclorophenat.
Polyacrylamit không ion tinh khiết có phân tử khối từ 500.000 đến 7.000.000
đvC. Nó là mạch thẳng cho phép tạo ra các cầu nối với các hạt.
Bằng vi
ệc bổ xung thêm một monome, chẳng hạn như trimetyl-aminoetyl
metacrylat theo một tỷ lệ nhất định trước khi tiến hành giai đoạn trùng hợp,
polyacrylamit cation với bất cứ mật độ điện tích nào cũng được sản xuất. Cũng như
vậy, một monome anion, chẳng hạn axit acrylic có thể bổ xung vào trước giai đoạn
trùng hợp để tạo ra một polyacrylamit anion có điện tích mong muốn.
Về mặt lý thuyết, có th
ể sản xuất được polyacrylamit có mật độ điện tích hoặc
khối lượng phân tử mong muốn. Thực tế, chỉ có khoảng 40 đến 50 polyacrylamit
khác nhau được ứng dụng trong công nghệ sản xuất giấy.
1.2. Polyacrylamit cation làm trợ bảo lưu trong sản xuất giấy.
Hiện nay, trên thị trường, polyacrylamit cation sử dụng trong công nghiệp giấy
được cung cấp với nhiều chủng loại dưới các tên thương mại khác nhau. Chẳng hạ
n,
hãng EKA Chemicals đưa ra thị trường sản phẩm EKA PL 1510, hãng Ciba
Specialty Chemicals cung cấp ra thị trường một số polyacrylamit cation như Percol
– 182, Percol – 47. Các polyme này được phân biệt nhau bởi khối lượng phân tử và

mật độ điện tích. Trong từng nhà máy cụ thể, các nhà sản xuất sẽ lựa chọn chủng
loại polyacrylamit cation phù hợp với ứng dụng của đơn vị mình.
Polyacrylamit cation có thể được sử dụng một mình trong hệ bảo lưu mộ
t thành
phần hoặc có thể dùng kết hợp với các chất trợ bảo lưu khác trong các hệ bảo lưu
hai thành phần, hệ bảo lưu vi hạt. Khi được sử dụng trong hệ bảo lưu một thành
phần, polyacrylamit cation thường có khối lượng phân tử lớn và mật độ điện tích
trung bình. Đối với các hệ bảo lưu hai thành phần, hệ bảo lưu vi hạt polyacrylamit
cation thường có khối lượ
ng phân tử thấp hoặc trung bình và có mật độ điện tích
cao. Để thuận tiện cho quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp
tinh bột cation và polyacrylamit cation lên độ bảo lưu và tính chất của giấy in,
polyacrylamit cation với hệ bảo lưu một thành phần được lựa chọn. Cơ chế hoạt
động của hệ bảo lưu này là nhờ lực hút tĩnh điện mà các hạ
t chất độn tích điện âm
bám lên các phân tử polyacrylamit cation. Phân tử polyme này đủ dài để tạo thành
cầu nối giữa hai hay nhiều xơ sợi lại với nhau, kết quả là tạo thành bông liên kết
giữa các hạt chất độn, các xơ sợi với nhau (hình 1). Polyme phục vụ cho mục đích
này thường là một polyacrylamit cation có khối lượng phân tử lớn từ 1000 x 10
4

đến 1600 x 10
4
đ.v.C. Tỷ lệ sử dụng chất bảo lưu từ 0,1 đến 1,0 kg/tấn giấy.
12

Hình 1.1. Kết bông bắc cầu với polyacrylamit cation

Trong thực tế, polyacrylamit cation cũng giống như tất cả các hóa chất keo tụ
khác đều bị hạn chế bởi lực cơ học và hóa học tại phần ướt máy xeo [6]:

- Sự khuấy trộn mạnh: Các bông kết tụ này có thể bị phá vỡ khi gặp sự khuấy
trộn mạnh và sau đó không có khả năng phục hồi lại. Nói cách khác, sự khuấy trộn
mạnh làm giảm hiệ
u quả sử dụng của hệ bảo lưu kiểu bắc cầu. Để hạn chế hậu quả
của sự khuấy trộn thì người ta thường sử dụng polyacrylamit cation có khối lượng
phân tử lớn và bổ xung polyacrylamit cation tại vị trí trước khi vào thùng đầu.
Hình 1.2. Điểm bổ xung polyacrylamit cation trong quá trình sản xuất giấy

- Nhiệt độ của huyền phù bột: Một số polyacrylamit cation nhạy cảm với nhiệt
độ (trên 65
0
C) và có thể mất hiệu quả.
- pH của huyền phù bột: Các polyacrylamit cation tương thích với quá trình sản
xuất giấy thông thường ở pH = 4,4 đến 9,5.
- Độ dẫn của huyền phù bột và chất rắn hòa tan trong nước trắng có xu hướng
tác động vào phản ứng tĩnh điện giữa polyacrylamit cation và các hạt mang điện
tích âm của huyền phù bột. Tại độ dẫn điện cao, trên 5.000µS/cm một vài phản ứng
trở nên khó khăn hơn, đòi hỏi mức dùng polyacrylamit cation cao hơn. Để khắc
13

phục vấn đề này, việc kiểm soát nhu cầu cation với một chất kết tủa cụ thể trở nên
cần thiết.
II. TINH BỘT CATION DÙNG TRONG SẢN XUẤT GIẤY
2.1. Tổng quan về tinh bột
Tinh bột là một loại polyme tự nhiên dạng polysacarít được hình thành nhờ quá
trình tổng hợp sinh học qua các chu kỳ sinh trưởng và phát triển của các loài thực
vật. Tinh bột đặc biệt có rất nhiều trong h
ạt và củ một số loài thực vật như sắn,
khoai tây, ngô (corn), ngô dầu (waxy maize), gạo v.v. Tinh bột có vai trò thiết yếu
trong đời sống kinh tế và xã hội và không chỉ được dùng làm thực phẩm trực tiếp

hoặc qua chế biến cho con người và vật nuôi mà còn là loại nguyên liệu thiết yếu
cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau (công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, giấy,
dệt, tổng hợp hoá chất v.v.).
Công nghiệp giấy là một trong nhữ
ng ngành sản xuất sử dụng nhiều tinh bột.
Theo số liệu thống kê, hiện nay, ngành công nghiệp giấy thế giới sử dụng hàng năm
khoảng 5 triệu tấn tinh bột (tương đương với khoảng 1,5% khối lượng so với tất cả
các loại giấy và các tông) với tỷ lệ xuất xứ cụ thể như sau [2]:
- Tinh bột ngô : 67%
- Tinh bột khoai tây : 15%
- Tinh bột sắn : 8%
- Tinh bột ngô dầu : 3%
- Tinh b
ột khác : 7%
Trong sản xuất giấy, tinh bột đóng vai trò là tác nhân nâng cao chất lượng sản
phẩm (độ bền cơ học, độ bền bề mặt, độ nhẵn, khả năng chống thấm, tính chất in
v.v.) và trợ giúp quá trình công nghệ như tăng khả năng thoát nước của giấy trên
phần ướt máy xeo và trợ bảo lưu chất độn và xơ sợi vụn. Lượng tinh bột sử dụng
nhìn chung ph
ụ thuộc vào chủng loại giấy, loại nguyên liệu xơ sợi, công nghệ sản
xuất, chất lượng sản phẩm và tốc độ của máy xeo giấy. Ví dụ như các loại giấy
tissue thường sử dụng rất ít hoặc không sử dụng tinh bột trong khi các loại giấy in
và giấy viết có thể sử dụng tới 7% [2] tinh bột so với trọng lượng của giấy. Thông
14

thường, hàm lượng tinh bột sử dụng càng cao khi tỷ lệ chất độn sử dụng càng cao
nhằm bảo đảm đạt được độ bền và các tính chất in cần thiết của giấy.
Về mặt hoá học, tinh bột trong tự nhiên được tạo thành từ hai loại polyme là
amyloza và amylôpectin có các đơn phân là đường glucoza liên kết với nhau bằng
liên kết glucozit 1,4-a-D, trong đó độ polyme hoá (DP) của phân tử amiloza đạt từ

800 đến 3000 và của amilopectin có thể
đạt tới 2x10
6
. Do dung dịch có độ nhớt cao,
không ổn định và dễ bị đông kết, nhất là khi sử dụng ở nồng độ chất khô lớn hơn
5% nên tinh bột tự nhiên ngày càng ít được sử dụng trong công nghiệp giấy. Dung
dịch tinh bột biến tính thường có độ nhớt thấp do đã được cắt mạch từ trước, ngoài
ra việc tạo ra các nhóm chức năng như các nhóm có tính anion, cation, nhóm các-
bô-xyl qua một số quá trình xử lý khác nhau cũng có tác dụ
ng làm cho dung dịch
tinh bột có độ nhớt ổn định và khả năng liên kết tốt với các hợp chất tạo giấy khác.
Các ưu điểm chủ yếu của tinh bột biến tính so với tinh bột tự nhiên là sự đa
dạng, khả năng cải thiện hiệu quả sản xuất và nâng cao chất lượng giấy. Ngày nay,
do máy xeo giấy càng ngày càng vận hành với vận tốc nhanh hơn và có kết cấu v
ới
khổ rộng hơn nên việc sử dụng tinh bột biến tính nhằm hạn chế thời gian dừng máy
và giảm lượng giấy không đạt chất lượng càng trở nên cần thiết hơn.
Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng
để biến tính tinh bột. Tuy nhiên về bản chất có thể phân loại các phương pháp này
thành hai nhóm chủ yếu đó là biến tính hoá học (ete hoá, este hoá, tạo mạch ngang)
và c
ắt mạch (chuyển đổi bằng enzym, cơ nhiệt và cơ hoá, oxy hoá bằng hypoclorít
hoặc bằng peroxít và thuỷ phân bằng axít).
Nhìn chung, tinh bột cắt mạch (chủ yếu là tinh bột oxy hoá hoặc chuyển hoá
bằng enzym) được dùng cho gia keo bề mặt, trong khi tinh bột biến tính hoá học
(tinh bột cation, tinh bột anion hoặc tinh bột lưỡng tính) thường được sử dụng trong
quá trình gia keo nội bộ.
2.2. Tinh bột cation
Trong các chất tăng bền khô trên thì tinh bột cation là chất được s
ử dụng rộng

rãi nhất trong thực tế do hiệu quả tăng độ bền khô và khả năng cạnh tranh về giá so
với các chất tăng bền khô khác. Tỷ lệ sử dụng tinh bột cation so với bột giấy khô
tuyệt đối dao động trong khoảng từ 0,2 – 2,5% so với bột giấy khô tuyệt đối tùy
theo mức độ yêu cầu tăng độ bền khô của giấy. Khi trong thành phần bột giấy có
15

chất độn thì tỷ lệ tinh bột cation cần dùng phải tăng lên do tiêu tốn một phần tinh
bột cation hấp phụ lên bề mặt chất độn. Thông thường, tỷ lệ sử dụng tinh bột cation
từ 1 – 1,5% so với bột giấy khô tuyệt đối cho hiệu quả bảo lưu tinh bột cation cao
nhất. Một số tài liệu chỉ ra rằng không nên tăng tỷ lệ sử dụng tinh bột cation lên trên
2,5% so v
ới bột giấy khô tuyệt đối vì dễ dẫn đến hậu quả là sự quá dư điện tích
dương, làm giảm hiệu quả của các chất trợ bảo lưu [5].
Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên được thể hiện trong hình 1.3:
Hình 1.3. Phản ứng điều chế tinh bột cation


Trong phản ứng này, người ta dùng một amin bậc 4 tác dụng với tinh bột trong
môi trường kiềm để đưa vào phân tử tinh bột một nhóm amin, nhóm này có đặc
điểm là tích điện dương, và vì thế làm cho hạt tinh bột tích điện dương.
Hiệu quả làm tăng độ bền khô khi sử dụng tinh bột cation phụ thuộc vào mật độ
điện dương trong các phân tử tinh bột cation và thứ bậc amin dùng trong phản ứng
điều chế tinh bột cation.
Mật độ điện tích dương trong các phân tử tinh bột cation được biểu diễn bằng
mức độ thế, nghĩa là tỷ lệ các phân tử tinh bột được thế nhóm amin vào phân tử khi
tham gia phản ứng điều chế tinh bột cation. Mức độ thế của tinh bột cation thường
là DS = 0,02 – 0,05.
Người ta thường sử dụng amin bậc 3 hoặc bậc 4 để điều ch
ế tinh bột cation.
Tinh bột cation chứa nhóm amin bậc 4 sẽ hoạt động hiệu quả trong các môi trường

xeo có pH từ 4 đến 9, vì bản thân nó luôn tích điện dương. Tinh bột cation có chứa
nhóm amin bậc 3 thì chỉ hoạt động tốt trong môi trường axit vì nó cần phải sử dụng
sự có mặt của các ion H
+
để trở thành cation.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng tinh bột cation
2.3.1. Ảnh hưởng của quá trình hồ hóa tinh bột
Tinh bột tự nhiên hoặc tinh bột cation đều cần phải hồ hóa thì mới có hiệu quả
làm tăng độ bền khô cho giấy, vì chỉ sau khi được hồ hóa ở nhiệt độ cao trong nước
16

thì tinh bột mới tan và phân tán đều trong huyền phù bột giấy. Có hai phương pháp
hồ hóa tinh bột:
* Phương pháp gián đoạn: Cho tinh bột vào nồi nấu gián đoạn, bổ xung nước,
khuấy trộn và gia nhiệt trực tiếp bằng hơi nóng lên đến nhiệt độ 95
o
C và giữ ở nhiệt
độ này trong khoảng 20 đến 30 phút để hoàn thiện quá trình hồ hóa tinh bột.
* Phương pháp liên tục (sử dụng thiết bị nấu Jet cooker): Hòa tinh bột vào nước
lạnh cho đều. Sau đó, tinh bột được bơm liên tục qua thiết bị hồ hóa liên tục. Trong
thiết bị này, dòng tinh bột được gia nhiệt trực tiếp bằng hơi nước áp lực cao và nhiệt
độ thiết bị luôn được giữ ở 120
đến 135
o
C. Thời gian lưu của dòng tinh bột trong
thiết bị hồ hóa được điều chỉnh sao cho tinh bột được hồ hóa hoàn toàn. Nếu nhiệt
độ trong thiết bị cao quá hoặc thời gian lưu lâu quá thì tinh bột sẽ bị thủy phân, đứt
mạch, độ nhớt của hồ tinh bột giảm và kết quả là hiệu quả sử dụng tinh bột sẽ giảm.
Thường thì độ nhớt của hồ tinh bộ
t hồ hóa bằng phương pháp liên tục bao giờ cũng

thấp hơn so với nấu gián đoạn.
Sau khi kết thúc giai đoạn hồ hóa, để bảo quản hồ tinh bột trong một thời gian
người ta bơm hồ tinh bột sang thùng chứa bảo quản tinh bột. Trong quá trình bảo
quản, giữ tinh bột ở trạng thái tĩnh hoặc ở chế độ khuấy trộn ôn hòa nhất để tránh
hiện tượ
ng vữa của hồ tinh bột. Nhiệt độ trong thùng chứa này duy trì ở 60
0
C đến
80
o
C cho đến khi hồ tinh bột được sử dụng.
Trước khi sử dụng hồ tinh bột để bổ xung vào hỗn hợp bột giấy phải hòa loãng
hồ tinh bột tới nồng độ dưới 1 %, như vậy tinh bột sẽ dễ phân tán đều trong huyền
phù bột giấy.
2.3.2. Ảnh hưởng của mật độ điện tích (charge density) của tinh bột cation
Mật độ điện tích của tinh bộ
t cation được biểu thị bằng đơn vị là meqiv/g. Các
chất điện tích khác nhau thì có mật độ điện tích khác nhau.
Bảng 1.2. Mật độ điện tích của một số chất trợ bảo lưu thông dụng [8]
Polyme Mật độ điện tích (mequiv/g)
Tinh bột cation (DS = 0,035) 0,2
Tinh bột cation (DS = 0,050) 0,3
Polyaluminum clorit (PAC) 3,3
Polyetylen imin (PEI) 5,1
17

Polydiallyl-dimetyl-amoni clorit
(PDADMAC)
6,6
Polyacrylamit 60% cation (CPAM) 8,5

Theo bảng trên thì mật độ tích điện của các chất tích điện dương như sau: PAM
> PEI > PAC > Tinh bột cation (có độ thế DS = 0,05) > Tinh bột cation (có độ thế
DS = 0,03). Mật độ điện tích dương càng cao thì khả năng trung hòa với điện tích
âm của xơ sợi và các hạt mịn khác trong huyền phù bột càng cao, nghĩa là càng tốn
ít lượng chất polyme cation cần bổ sung vào huyền phù bột. Ví dụ, nếu sử dụng
polyme cation thì dùng CPAM sẽ cầ
n bổ sung một lượng ít hơn so với dùng tinh bột
cation.
2.3.3. Ảnh hưởng của độ dẫn điện của nước trắng
Độ dẫn điện của nước trắng tăng khi hàm lượng ion Ca
2+
và hàm lượng các muối
khác trong dòng bột tăng. Sự có mặt của các chất điện ly làm các phân tử tinh bột co
lại. Vì vậy, độ dẫn điện của nước trắng càng cao càng làm giảm độ bảo lưu của tinh
bột cation trên giấy.
2.3.4. Ảnh hưởng của pH môi trường xeo
Khi pH tăng thì sự tích điện âm của các xơ sợi tăng, nhờ vậy sự liên kết giữa các
hạt tinh bột tích
điện dương với xơ sợi càng dễ dàng hơn, kết quả là độ bảo lưu của
tinh bột tăng.
2.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ các anion tạp chất
Anion tạp chất chủ yếu xuất phát từ các tạp chất mịn có trong huyền phù bột.
Các tạp chất này dễ dàng tác dụng với tinh bột cation và các polyme cation dùng
làm chất trợ bảo lưu trong dòng bột để tạo thành những ch
ất có tính dính, vừa làm
tiêu hao tinh bột cation và các chất trợ bảo lưu cation, vừa làm bẩn chăn lưới. Người
ta có thể giảm tác dụng xấu này của chúng bằng cách sử dụng polyaluminum clorit
(PAC) để bổ sung vào huyền phù bột trước khi bổ xung tinh bột cation vào hỗn hợp
bột giấy nếu muốn tăng hiệu quả sử dụng tinh bột cation làm chất tăng độ bền khô.
2.3.6. Ảnh hưởng của thời đi

ểm gia tinh bột cation vào dòng bột [8]
Bản thân tinh bột cation là một chất bảo lưu tốt vì nó có kích thước lớn và tích
điện dương. Nó có thể sử dụng hoặc là với vai trò làm chất trợ bảo lưu hoặc với vai
trò làm chất tăng bền khô.
Nếu với vai trò làm chất trợ bảo lưu, tinh bột hay được dùng kèm với
polyacrylamit anion (APAM) hoặc keo vi hạt silica (tích điện âm). Hệ bảo lưu này
18

cho hiệu quả bảo lưu cao khi sản xuất các loại giấy trắng cao cấp (giấy viết, giấy
photocopy, giấy in). Trong trường hợp này, tinh bột cation được bổ sung vào bột
giấy tại bơm quạt hay trước khi qua sàng tinh. Sau đó, polyacrylamit anion hoặc keo
silica được bổ sung vào dòng bột ngay tại điểm trước khi vào thùng đầu.
Nếu hệ bảo lưu là polyacrylamit cation dùng một mình hoặc dùng kèm với
polyacrylamit anion, còn tinh bột cation được sử dụng v
ới vai trò làm chất keo bền
khô thì tinh bột cation phải được phối trộn trước vào huyền phù bột tại bể phối trộn
sao cho tinh bột cation được bám đều lên xơ sợi rồi sau đó mới bổ sung
polyacrylamit cation (lượng polyacrylamit cation cần dùng cũng giảm), nếu không
polyacrylamit cation sẽ chiếm hết các vị trí tích điện âm trên xơ sợi, làm giảm hiệu
quả sử dụng của tinh bột cation.
III. SỬ DỤNG KẾ
T HỢP TINH BỘT CATION VÀ POLYACRYLAMIT
CATION TRONG SẢN XUẤT GIẤY IN
Tinh bột cation được sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy với vai trò làm
chất tăng bền khô hoặc làm chất trợ bảo lưu trong các hệ bảo lưu hai thành phần đã
rất thông dụng từ các thập kỷ trước và ngày nay nó vẫn là phụ gia được sử dụng phổ
biến. Polyacrylamit cation cũng là một chất trợ bảo lưu, trợ thoát n
ước được sử
dụng rộng rãi trong sản xuất giấy và ngày càng chiếm một tỷ trọng lớn trong nghành
này.

Trên thế giới đã có những nghiên cứu về sử dụng kết hợp giữa hai phụ gia này.
Gaiolas, Costa và các cộng sự khoa Khoa học và công nghệ giấy thuộc trường đại
học Beira Interior, Bồ Đào Nha [3] đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết
hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation lên chấ
t lượng của giấy được làm từ hỗn
hợp bột kraft tẩy trắng từ Eucalyptus globulus (độ nghiền 30
o
SR) và Pitus
Sylvestris (độ nghiền 23
o
SR). Các thông số hình thành bao gồm entropi, độ tương
phản, độ đồng nhất được xác định bằng một phương pháp được phát triển bởi Costa,
dựa trên một kỹ thuật phân tích hình ảnh. Theo đó, các hình ảnh của mẫu giấy thu
được bằng cách truyền dẫn ánh sáng bình thường qua mẫu giấy và sau đó được
phân tích. Các thông số thu được từ phân tích hình ảnh được so sánh tương quan với
các giá trị thu được của chỉ số kéo, chỉ s
ố bục, chỉ số xé và độ bền liên kết nội bộ
của mẫu giấy đó. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng sự tăng của độ tương phản và
giảm của độ đồng nhất chỉ ra sự suy giảm của chất lượng hình thành giấy bao gồm
cả sự giảm của độ bền cơ lý. Các so sánh ban đầu này được xem xét như một giải
pháp để tìm ra mối liên hệ giữa chất lượng hình thành của giấy và các tính chất cơ
lý của nó.
Trong phạm vi của đề tài, nhóm đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng đồng
thời của việc kết hợp sử dụng tinh bột cation và polyacrylamit cation lên độ bảo lưu
19

và các tính chất cơ lý của giấy làm từ bột giấy sunphat tẩy trắng gỗ cứng để từ đó
tìm ra tỷ lệ sử dụng hợp lý giữa hai phụ gia này nhằm nâng cao chất lượng giấy in.
19

PHẦN II
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu
Bột giấy hoá học tẩy trắng gỗ cứng (bạch đàn) nhập khẩu từ Indonesia.
2.1.2. Hóa chất
* Tinh bột cation thương mại từ khoai tây được biến tính bằng mạch alkyl chứa
các nhóm amoni bậc 4 với độ thế 0,034 do công ty TNHH Thuận Phát Hưng cung
cấp được sử dụng trong nghiên cứu này.









* AKD dạ
ng dung dịch 15% chất khô được cung cấp bởi công ty TNHH hoá chất
Tân Phú Cường.
* Canxi cácbônát nghiền (GCC) được công ty cổ phần xi măng và khoáng sản
Yên Bái cung cấp.
* Polyacrylamit cation thương phẩm khối lượng phân tử cao (1000 ÷ 1600 x 10
4
)
đvC, mật độ điện tích 2,1 meqiv/g được cung cấp bởi hãng Ciba Chemicals.
2.1.3. Thiết bị
- Máy nghiền bột giấy tiêu chuẩn PFI của Áo sản xuất
- Máy xeo Rapid-Kothen, hãng PTI của Áo sản xuất.

- Máy đo độ nghiền Kothen, hãng PTI của Áo sản xuất.
- Máy đo độ chịu xé Elmendorf do hãng Frank Prufgerate sản xuất.
- Máy đo độ bền kéo Housfield sản xuất tại Anh.
- Cân điện t
ử Metler độ chính xác ±0,0001g của Thụy Sĩ.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Mô tả phương pháp nghiên cứu
20

* Quá trình đánh tơi bột giấy:
Trước khi nghiền, mẫu bột được ngâm trong nước 4 giờ, sau đó được đánh tơi
trong máy đánh tơi tiêu chuẩn ở nồng độ 0,9%. Khối lượng bột là 30g bột khô tuyệt
đối.
* Quá trình nghiền bột giấy:
Sau đánh tơi, bột được cô đặc về nồng độ 10% và tiến hành nghiền trong máy
nghiền tiêu chuẩn PFI. Bột được cho vào cối nghiền, dàn
đều bột và nghiền bột đến
độ nghiền yêu cầu. Sau giai đoạn nghiền, lấy bột ra khỏi cối nghiền, pha loãng và
đem đi đánh tơi một lần nữa trước khi phối trộn với các phụ gia.
* Quá trình phối trộn:
Bột giấy sau nghiền (độ nghiền 35 ± 1
o
SR) được phối trộn với các hóa chất
trước khi tiến hành xeo mẫu giấy trong phòng thí nghiệm để xác định độ bảo lưu và
các tính chất cơ lý của giấy. Ở đây độ bảo lưu chất độn được đánh giá thông qua xác
định độ tro theo phương pháp đốt ở 575
o
C (TCVN 1864 - 2001). Các phụ gia được
bổ xung vào huyền phù bột giấy theo thứ tự xác định và cách nhau 5 phút để đảm
bảo hóa chất bổ xung trước được khuấy đều trong huyền phù bột.

* Xeo giấy mẫu thí nghiệm: Huyền phù bột sau phối trộn được xeo thành mẫu
giấy thí nghiệm với định lượng 70g/m
2
trên máy xeo Rapid – Kothen.
Đầu tiên, một loạt thí nghiệm được chuẩn bị với mức dùng tinh bột cation khác
nhau (0,5; 1; 1,5; 2; 2,5% tính theo tỷ lệ phần trăm trọng lượng so với bột giấy khô
tuyệt đối). Sự chuẩn bị mẫu bao gồm 20% CaCO
3
trong 5 lít huyền phù bột (nồng
độ 5g/lít). Hỗn hợp này được khuấy với tốc độ 1200 vòng/phút. Sau đó, lượng tinh
bột cation được bổ sung với các mức dùng khác nhau ở từng mẫu thí nghiệm. Mẫu
giấy chỉ bổ sung 20% chất độn CaCO
3
và không có tinh bột cation cũng được xeo
để làm mẫu đối chứng. Sau đó, các mẫu giấy thí nghiệm được đưa đi xác định độ
bảo lưu và các tính chất cơ lý. Từ kết quả thu được chọn ra mức dùng tinh bột
cation hợp lý cho sản xuất giấy in trong điều kiện không dùng thêm các chất trợ bảo
lưu.
Tiếp theo, mẫu giấy thí nghiệm với mức dùng tinh bột đã được lựa ch
ọn từ các
thí nghiệm trước được sử dụng cùng với 20% chất độn CaCO
3
(GCC) và 0,02%
polyacrylamit cation (tất cả đều tính theo % khối lượng so với bột khô tuyệt đối) để
nghiên cứu ảnh hưởng kết hợp của sử dụng đồng thời cả tinh bột cation và
polyacrylamit cation.
Cuối cùng, một loạt các mẫu giấy thí nghiệm với các mức dùng tinh bột cation
và polyacrylamit cation khác nhau được thực hiện, và thông qua việc đánh giá các
chỉ tiêu chất lượng của giấy để tìm ra mức dùng hợp lý của hai phụ gia này trong
s

ản xuất nhằm nâng cao chất lượng giấy in.

21







2.2.2. Xác định các chỉ tiêu chất lượng của giấy
Tờ giấy mẫu xeo thí nghiệm được bảo quản trong điều kiện tiêu chuẩn, và sau
đó xác định các chỉ tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn tại Phòng thí nghiệm của Viện
công nghiệp giấy và xenluylô. Tất cả các dữ liệu phân tích được lấy trung bình từ 5
lần đo khác nhau.
+ Xác định độ khô : TCVN 4407 – 2001
+ Xác định độ trắ
ng ISO : TCVN 6729 – 2008
+ Xác định định lượng : TCVN 1270 – 2008
+ Xác định độ bền kéo : TCVN 1862-2 – 2011
+ Xác định độ bền xé : TCVN 3229 – 2007
+ Xác định độ hút nước : TCVN 6726 – 2007
+ Xác định độ đục : TCVN 6728 – 2007
+ Xác định độ tro : TCVN 1864 – 2001
+ Xác định độ nghiền : ISO 5267 – 1: 1999
Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm được sử dụng làm cơ sở xây dựng
phương án sản xuất thực nghiệm trên máy xeo dài tại Xưởng thực nghiệm – Viện
công nghiệp giấy và xenluylô.
22

PHẦN III
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ
lý của giấy.
Bột giấy được nghiền tới độ nghiền 40
o
SR trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI.
Trong nghiên cứu này, mức dùng tinh bột cation thay đổi từ 0,5 đến 2,5% (bước
nhảy 0,5%) tính theo khối lượng so với bột giấy khô tuyệt đối. Quá trình xeo giấy
mẫu sử dụng quy trình gia phụ liệu giống như sản xuất giấy in thông dụng tại một
số nhà máy. Mức dùng chất độn CaCO
3
và AKD được giữ cố định tương ứng là
20% và 1% so với bột giấy khô tuyệt đối. Thứ tự phối liệu được sử dụng như sau:
Bột giấy – CaCO
3
– tinh bột cation –AKD. Một mẫu giấy với cùng quy trình nhưng
không dùng tinh bột cation cũng được xeo để làm mẫu đối chứng. Kết quả nghiên
cứu được đưa ra trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của
giấy in
Mức dùng tinh bột cation, %
Chỉ tiêu
0 0,5 1,0 1,5 2 2,5
+ Định lượng, g/m
2
70,2 69,8 70,6 70,4 70,5 70,7
+ Chiều dài đứt, m 6440 5670 5820 5940 5850 5730
+ Chỉ số xé, mN.m
2

/g 7,77 7,02 7,10 7,18 7,05 6,92
+ Độ hút nước, Cobb
60
99,5 32,8 30,4 28,5 28,6 28,5
+ Độ trắng ISO, % 85,7 87,3 88,0 88,7 89,9 89,3
+ Độ đục, % 82,0 84,2 85,6 86,0 86,1 86,3
+ Độ tro, % 4,2 9,7 10,5 12,3 12,5 12,7
Các kết quả trong bảng 3.1 cho thấy khi không sử dụng tinh bột cation độ hút
nước của mẫu giấy rất cao và độ tro của mẫu giấy thấp. Điều này chứng tỏ độ bảo
lưu AKD và các hạt chất độn trên giấy là rất thấp. Với các mẫu giấy sử dụng tinh
bột cation, từ kết quả nghiên cứu cho thấy, ngay cả ở mức dùng tinh bột cation thấp
(0,5% so với b
ột giấy khô tuyệt đối) độ hút nước đã giảm đi rất nhanh (67%) và độ
tro tăng lên đáng kể (56%). Như vậy, có thể thấy rằng tinh bột cation trong trường
hợp này đóng vai trò như một chất trợ bảo lưu chất độn và các hạt keo.
Khi tăng mức dùng tinh bột cation, có một xu hướng chung là độ tro của mẫu
giấy tăng lên, độ hút nước của mẫu giấy giảm xuố
ng. Tuy nhiên, độ bền cơ lý của
23

giấy thay đổi theo một diễn biến phức tạp hơn. Chiều dài đứt và chỉ số xé của giấy
mặc dù thấp hơn mẫu đối chứng nhưng có xu hướng tăng dần khi tăng mức dùng
tinh bột cation từ 0,5% đến 1,5%. Ở khoảng mức dùng này, tinh bột cation vừa
đóng vai trò làm chất trợ bảo lưu vừa là chất tăng độ bền khô. Tăng mức dùng tinh
bột cation cao hơ
n nữa, độ tro tăng lên không đáng kể trong khi chiều dài đứt và chỉ
số xé của giấy giảm dần. Điều này có thể giải thích là do sự bổ xung quá nhiều điện
tích cation vượt quá nhu cầu cation của hỗn hợp bột dẫn đến làm giảm độ đồng đều
của quá trình hình thành và tổ chức xơ sợi trong cấu trúc giấy [9].
Độ trắng và độ đục của các mẫu giấy t

ăng lên khi tăng mức dùng tinh bột cation
từ 0,5% đến 1,5% (kết quả này là phù hợp do độ bảo lưu chất độn CaCO
3
tăng lên
trên giấy). Nâng tỷ lệ này lên cao hơn, độ trắng và độ đục của giấy tăng lên không
đáng kể.
Trong tất cả các mẫu giấy có sử dụng tinh bột cation, các kết quả nghiên cứu đều
chỉ ra rằng độ bền kéo và độ bền xé thấp hơn so với mẫu giấy không sử dụng tinh
bột cation. Đó là do sự có mặt của tinh bột cation làm tăng đáng kể hàm lượng ch
ất
độn trên giấy và do đó liên kết giữa các xơ sợi giảm đi.
Như vậy, mặc dù tinh bột cation vừa có khả năng tăng độ bền khô cho giấy vừa
có khả năng tăng độ bảo lưu chất độn nhưng khi được sử dụng mà không bổ xung
thêm một chất trợ bảo lưu khác thì nó có tác dụng chính như một chất trợ bảo lưu.
Vì vậ
y, mức dùng tinh bột cation 1,5% là hợp lý cho sản xuất giấy in từ 100% bột
giấy hóa học tẩy trắng, tăng mức dùng này lên cao hơn nữa tính chất cơ lý của giấy
sẽ giảm do sự giảm độ đồng đều của tờ giấy.
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và
polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của gi
ấy.
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của polyacrylamit cation lên độ bảo lưu và tính
chất cơ lý của giấy
Polyacrylamit cation là một polyme tổng hợp mang điện tích dương. Nó là chất
trợ bảo lưu thông dụng trong công nghiệp sản xuất giấy trên thế giới và một số công
ty giấy lớn ở Việt Nam. Trong phạm vi nghiên cứu này, hai mẫu giấy thí nghiệm
với 0,02% và 0,03% polyacrylamit cation (so với bột giấy khô tuyệt đối) là các mứ
c
dùng phổ biến sử dụng trong thực tế sản xuất được tạo ra để làm rõ ảnh hưởng của
chất trợ bảo lưu này lên độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy. Các phụ gia khác

bao gồm CaCO
3
và AKD được bổ xung với mức dùng tương ứng là 20% và 1% so
với bột giấy khô tuyệt đối. Các điều kiện khác giống như sản xuất giấy in thông
dụng tại các nhà máy. Mẫu giấy với quy trình như trên nhưng không sử dụng
polyacrylamit cation cũng được tạo ra để làm mẫu đối chứng. Các kết quả nghiên
cứu được đưa ra trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của polyacrylamit cation đến độ bả
o lưu và tính chất cơ
lý của giấy
Mức dùng polyacrylamit cation, %