NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN HIỆU QUẢ GIA KEO AKD ĐỐI VỚI GIẤY IN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN
HIỆU QUẢ GIA KEO AKD ĐỐI VỚI GIẤY IN

Họ và tên sinh viên : PHẠM THỊ MỸ NGA
Ngành : CÔNG NGHỆ GIẤY - BỘT GIẤY
Niên Khóa : 2005 - 2009

Tháng 07/2009


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN HIỆU QUẢ
GIA KEO AKD ĐỐI VỚI GIẤY IN

Tác giả

PHẠM THỊ MỸ NGA

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Công nghệ giấy và bột giấy

Giáo viên hướng dẫn :
ThS. LÊ TIỂU ANH THƯ

Tháng 07 năm 2009
i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

iii


LỜI CẢM TẠ
Luận văn tốt nghiệp được hoàn thành theo chương trình đào tạo chính quy
chuyên ngành công nghệ sản xuất giấy và bột giấy của khoa Lâm Nghiệp thuộc
Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, niên khóa 2005 – 2009.
Qua đề tài này, tôi xin gửi lời cảm ơn tới:
-

Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM cùng quý thầy cô Khoa

Lâm Nghiệp, thầy cô bộ môn cơ sở đã tận tình dạy dỗ tôi trong suốt những năm theo
học tại trường.
-

Th.s Lê Tiểu Anh Thư, giáo viên đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn

thành luận văn tốt nghiệp này.
-

Ks Hồ Thị Thùy Dung, người quản lý phòng thí nghiệm bộ môn công nghệ giấy

và bột giấy trường đại học Nông Lâm Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá
trình tiến hành thí nghiệm.
-

Ban giám đốc và tập thể cán bộ công nhân viên công ty giấy Hưng Thịnh đã

giúp đỡ tôi về nguyên liệu làm thí nghiệm
-

Đặc biệt là cha mẹ người đã sinh thành, nuôi dạy tôi đến ngày hôm nay và tất cả

những người thân trong gia đình cùng bạn bè đã tạo điều kiện và động viên tôi trong
học tập.
TP HCM, ngày 11 tháng 07 năm 2009

iv


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo AKD của
giấy in” được tiến hành tại phòng thí nghiệm Nghiên cứu và chế biến lâm sản giấy và
bột giấy trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh từ ngày 10/04/2009 đến ngày
10/06/2009.
Đề tài khảo sát ảnh hưởng của lượng dùng AKD, tỷ lệ dùng độn và nhiệt độ sấy
đến hiệu quả gia keo AKD ở môi trường bột giấy kiềm tính. Lượng AKD thay đổi với
thang đo như sau: 0%; 5%; 1%; 1,5%; 2%; 2,5%; 3%, tỷ lệ độn là 0%; 5%; 10%; 15%;
20%; 25%; 30%; 35%; 40% và nhiệt độ sấy thay đổi là 80; 90; 100; 110; 120; 130. Vật
liệu để gia keo là bột nhâp, giấy in, giấy viết tái chế có độ nghiền 540SR, định lượng
giấy thành phẩm 50 g/m2
Kết quả thu được:
Ảnh hưởng của lượng dùng keo AKD: Làm tăng đáng kể độ chống thấm của
giấy in. Tuy nhiên, nếu dùng quá 1,5% thì hiệu quả gia keo sẽ giảm xuống, nên sử
dụng ở tỷ lệ hợp lý là: 1,5%
Ảnh hưởng của chất độn CaCO3: Sử dụng CaCO3 làm tăng độ chống thấm cho
giấy nhưng nếu dùng nhiều cũng không tốt cho hiệu quả gia keo. Ngược lai, còn làm

cho hiệu quả gia keo giảm xuống. Mặt khác, làm hạ giá thành sản phẩm do CaCO3 rẻ
hơn xơ sợi. Mức dùng CaCO3 thích hợp là: 20%.
Nhiệt độ sấy làm tăng độ gia keo chống thấm cho giấy, nhiệt độ sấy hiệu quả
cho keo AKD là 1000C – 1100C.

v


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa .....................................................................................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ..........................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................... iii
TÓM TẮT ...................................................................................................................v
MỤC LỤC..................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .........................................................................................ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG .........................................................................................x
Chương 1: MỞ ĐẦU..................................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài .........................................................................................1
1.2. Mụcđích nghiên cứu..............................................................................................2
1.3. Giới hạn đề tài ......................................................................................................2
Chương 2: TỒNG QUAN..........................................................................................3
2.1. Tổng quan về gia keo chống thấm cho giấy...........................................................3
2.1.1 Quá trình thâm nhập chất lỏng vào tờ giấy ..........................................................3
2.1.2 Khái niệm, phân loại, cơ chế, cách đo và mục tiêu của gia keo chống thấm ........5
2.2 Keo hoạt tính AKD ................................................................................................8
2.2.1 Cách điều chế AKD ............................................................................................8
2.2.2 Cơ chế phản ứng của AKD với sơ xợi xenlulo ..................................................10
2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng keo AKD:...................................12

2.2.4 Cách sử dụng keo AKD ...................................................................................13
2.3. Tổng quan về quá trình sấy giấy.........................................................................15
2.3.1. Mục đích sấy giấy ............................................................................................15
2.3.2 Các phương pháp sấy ........................................................................................15
2.3.3 Quá trình thoát nước khi sấy .............................................................................16
2.3.4 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến khả năng thấm hút nước của giấy..................17
2.4. Chất độn CaCO3..................................................................................................17
2.4.1. Bột canxicacbonat nghiền (GCC) .....................................................................17
2.4.2 Yêu cầu và tính chất của chất độn .....................................................................18
vi


2.4.3 Vai trò của chất độn trong sản xuất giấy............................................................20
2.4.4 Ảnh hưởng của chất độn đến hiệu quả gia keo chống thấm ...............................20
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................21
3.1 Vật liệu thí nghiệm ..............................................................................................21
3.1.1 Nguyên liệu và hóa chất thí nghiệm ..................................................................21
3.1.2 Thiết bị thí nghiệm............................................................................................25
3.2 Nội dung nghiên cứu............................................................................................28
3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm......................................................................................28
3.2.2 Mô tả tiến trình thí nghiệm................................................................................29
3.3 Phương pháp thí nghiệm ......................................................................................32
3.4. Phương pháp xử lý số liệu...................................................................................33
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................34
4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ dùng AKD đến hiệu quả gia keo AKD trong môi trường bột
kiềm tính....................................................................................................................34
4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dùng CaCO3( GCC) đến hiệu quả gia keo AKD trong môi
trường bột giấy kiềm tính...........................................................................................35
4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu quả gia keo AKD trong môi trường bột giấy
kiềm tính....................................................................................................................36

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................38
5.1. Kết luận ..............................................................................................................38
5.2. Kiến nghị ............................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................40
PHỤ LỤC..................................................................................................................41

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CTMP

Chemi-Thermo Mechanical Pulp

Bột hóa nhiệt cơ

GCC

Grounding Calcium Carbonate

Bột canxi cacbonat nghiền

Handsheet

Tờ giấy xeo tay

KTĐ

Khô tuyệt đối

MR

Machine Retention

Độ bảo lưu máy

PCC

Precipitated Calcium Carbonate

Bột canxi cacbonat kết tủa

SR

Schopper Reigler

Độ nghiền (Độ giữ nước)

SR

System Retention

Độ bảo lưu hệ thống

VPPA

Vietnam Pulp and Paper Association

Hiệp hội giấy Việt Nam

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sức căng bề mặt khi nhỏ giọt chất lỏng lên bề mặt rắn. ...............................3
Hình 2.2: Sự thâm nhập của chất lỏng vào giấy...........................................................4
Hình 2.3: Cấu tạo xenlulo............................................................................................4
Hình 2.4: Công thức hóa học của keo AKD (R = C14H29 đến C20H39)..........................8
Hình 2.5: Phản ứng điều chế keo AKD........................................................................8
Hình 2.6: Sơ đồ minh họa cơ chế gia keo ..................................................................11
Hình 2.7: Phản ứng hóa học giữa keo AKD với xơ sợi..............................................14
Hình 2.8: Phản ứng thủy phân của keo AKD.............................................................14
Hình 2.9: Đường cong sấy ........................................................................................17
Hình 2.10: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn GCC ...........................................18
Hình 3.1: Tinh bột cation ..........................................................................................23
Hình 3.2: Máy xeo giấy tay.......................................................................................26
Hình 3.3: Lò nung .....................................................................................................26
Hình 3.4: Thiết bị cắt giấy mẫu .................................................................................27
Hình 3.5: Thiết bị đo độ cobb....................................................................................27
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ..............................................................................28
Hình 3.7: Độ ẩm và nhiệt độ không khí trong bình hút ẩm và phòng thí nghiệm ......33
Hình 4.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ dùng AKD đến hiệu quả gia keo AKD ở môi trường
bột giấy pH = 8 ± 0,5. ................................................................................................34
Hình 4.2: Ảnh hưởng của tỷ lệ dùng CaCO3 trong giấy đến hiệu quả gia keo AKD ở
môi trường bột giấy pH = 8 ± 0,5. ..............................................................................35
Hình 4.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu quả gia keo AKD trong môi trường
bột giấy kiềm tính pH = 8 ± 0,5. ................................................................................36

ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Hiệu quả gia keo chống thấm ....................................................................12
Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của GCC dùng trong nhà máy.................................23
Bảng 3.2: Các đặc tính của Tinh bột cation................................................................24
Bảng 3.3: khảo sát ảnh hưởng của lượng dùng AKD đến độ chống thấm của giấy.....29
Bảng 3.4: khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dùng chất độn CaCO3 đến độ chống thấm ..30
Bảng 3.5: khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến độ chống thấm của keo AKD.....31

x


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Như chúng ta đã biết, giấy chủ yếu được làm từ xơ sợi xenlulo, là vật liệu ưa
nước vì xenlulo có nhiều nhóm OH nên dễ dàng tạo liên kết hidro với nước. Vì vậy, để
làm giấy có tính chống nước, người ta đã gia keo vào tờ giấy. Phương pháp gia keo có
thể là gia keo nội bộ hoặc gia keo bề mặt, khi giấy được gia keo nội bộ các chất phụ
gia tiêu biểu là keo nhựa thông, chất khuếch tán và keo hoạt tính như: AKD, ASA.
Keo nhựa thông thì được sử dụng trong công nghệ giấy từ đầu thế kỷ 19 còn quá trình
gia keo kiềm tính hiện đại mới bắt đầu khoảng hơn 30 năm nay. Tuy nhiên, nó đã phát
triển nhanh chóng và đang dần thay thế cho keo nhựa thông trong môi trường axit.
Hiện nay, người ta biết rằng khoảng 90% giấy tốt ở Châu Âu và 50% giấy tốt ở Bắc
Mỹ được sản xuất theo phương pháp gia keo kiềm tính. Ở Châu á, nhiều nước như:
Nhật bản, Hàn Quốc, Đài loan, Indonexia, Thái lan cũng đang phát triển theo phương
pháp kiềm tính có nhiều ưu điểm hơn hẳn phương pháp axit tính.
Tuy nhiên, trong sản xuất có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tờ
giấy. Đặc biệt là giấy in, giấy viết, cần phải đảm bảo giấy không bị nhăn, bề mặt đồng
đều, mức độ chống thấm cao, tránh hiện tượng giấy hồi keo sau một thời gian thử

dụng…Để tránh được những nhược điểm trên, trong quá trình sản xuất cần chú trọng
hơn nữa đến các yếu tố làm ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo. Từ đó, sẽ nâng cao được
chất lượng sản phẩm và phát triển hơn nữa thị hiếu tiêu dùng trong nước.
Xuất phát từ những vấn đề trên tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số yếu tố
ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo AKD đối với giấy in “
Do kiến thức còn hạn chế và thời gian nghiên cứu còn hạn hẹp nên đề tài không
tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự chỉ dẫn của quý thầy cô và các bạn
đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.

1


1.2. Mụcđích nghiên cứu
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo AKD đối với giấy in gồm: tỷ
lệ dùng keo, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, mức dùng chất độn, hệ bảo lưu, Độ pH…
Để phát huy các yếu tố có lợi , hạn chế các yếu tố gây bất lợi đến độ chống thấm .
1.3. Giới hạn đề tài
Để đánh giá một cách hoàn thiện về hiệu quả gia keo tốt nhất trong quá trình sản
xuất giấy cần phải xem xét rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất: nhiệt độ
sấy, thời gian sấy, loại nguyên liệu, định lượng của giấy, tốc độ máy, chất bảo lưu...
Song vì thời gian cũng như điều kiện thí nghiệm cho đề tài có giới hạn nên đề tài chỉ
thực hiện khảo sát ba yếu tố ảnh hưởng: tỷ lệ dùng keo AKD, tỷ dùng chất độn, nhiệt
độ sấy.
Đối tượng để gia keo là bột giấy tái chế, độ thoát nước của bột giấy là 540SR,
định lượng giấy thành phẩm 50 g/m2.

2


Chương 2

TỒNG QUAN
2.1. Tổng quan về gia keo chống thấm cho giấy
2.1.1 Quá trình thâm nhập chất lỏng vào tờ giấy
a) Góc thấm ướt - góc tiếp xúc θ giữa giọt chất lỏng và bề mặt giấy
Khi chất lỏng tiếp xúc với bề mặt chất rắn thì các phân tử chất lỏng sẽ tương tác
với các phân tử chất rắn. Khi sự cân bằng được thiết lập thì giọt chất lỏng sẽ tạo thành
một góc θ, gọi là góc thấm ướt hay góc tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt giấy.

Hình 2.1: Sức căng bề mặt khi nhỏ giọt chất lỏng lên bề mặt rắn.
A. Có hiện tượng thấm ướt, θ < 900
B. Không có hiện tượng thấm ướt, θ ≥ 900
Độ lớn của góc θ tuân theo phương trình Young [2.1]:
cos θ = (γs - γsl) / γl [2.1]
Trong đó: γs , γl lần lượt là sức căng bề mặt của chất rắn, chất lỏng (J / m2)
γsl là sức căng bề mặt trên bề mặt phân chia pha rắn – lỏng (J / m2)
cos θ là hệ số thấm ướt
3


Giấy được gia keo chống thấm sẽ làm thay đổi góc liên kết θ giữa nước và bề
mặt giấy làm nước không thấm vào giấy.

Thấm ướt

Không thấm ướt

Hình 2.2: Sự thâm nhập của chất lỏng vào giấy
b) Nguyên nhân và con đường chất lỏng thâm nhập vào giấy
Nguyên nhân chất lỏng thâm nhập vào giấy:
- Bản chất xơ sợi xenlulo là vật liệu ái nước, vì trong công thức phân tử của

xenlulo có nhiều nhóm OH nên dễ dàng tạo liên kết hiđrô với phân tử nước.

Hình 2.3: Cấu tạo xenlulo
- Các khoảng trống trên bề mặt giấy, các khoảng trống giữa xơ sợi và xơ sợi,
các ống mao dẫn bên trong xơ sợi.

4


Con đường chất lỏng thâm nhập vào giấy:
- Bằng sự lấp đầy các lỗ xốp và chỗ trũng trên bề mặt giấy.
- Bằng sự thâm nhập của chất lỏng thông qua những ống mao dẫn, lỗ xốp bên
trong tờ giấy.
- Bằng sự di chuyển dọc theo bề mặt sợi, thông qua liên kết xơ sợi-xơ sợi.
- Bằng sự hấp phụ và khuếch tán chất lỏng bên trong sợi.
- Bằng sự di chuyển của chất khí (bốc hơi-ngưng tụ)
- Bằng quá trình hấp phụ và giải hấp.
c) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thâm nhập của chất lỏng vào giấy
Độ gia keo (hay độ kỵ nước) của xơ sợi.
Cấu trúc bên trong tờ giấy, như lỗ trống giữa các xơ sợi.
Cấu trúc bề mặt tờ giấy, như bề mặt sần sùi hay láng mịn.
d) Nguyên tắc chống lại sự thâm nhập của chất lỏng vào tờ giấy
Thay đổi bản chất xơ sợi, ví dụ bằng quá trình gia keo chống thấm.
Giảm khoảng trống giữa các xơ sợi, tăng độ chặt của tờ giấy, ví dụ bằng quá
trình nghiền để tăng sự chổi hóa và liên kết xơ sợi.
Che kín các lỗ nhỏ, lỗ mao dẫn trên bề mặt tờ giấy, ví dụ bằng quá trình gia
keo có tính chất tạo màng trên bề mặt tờ giấy.
2.1.2 Khái niệm, phân loại, cơ chế, cách đo và mục tiêu của gia keo chống thấm
a) Khái niệm:
Gia keo chống thấm là một công đoạn trong quy trình công nghệ sản xuất giấy

nhằm kiểm soát quá trình thâm nhập của chất lỏng vào tờ giấy khi chất lỏng tiếp xúc
với giấy. Các chất keo sử dụng trong gia keo chống thấm: nhựa thông, tinh bột, keo
tổng hợp

5


b) Phân loại phương pháp gia keo chống thấm
Gia keo chống thấm cho giấy có thể được thực hiện theo hai cách: gia keo nội bộ
và gia keo bề mặt.
Gia keo nội bộ: keo AKD, ASA, keo nhựa thông được cho thẳng vào huyền phù
bột giấy làm thay đổi bản chất của xơ sợi bột giấy, dẫn đến tăng góc thấm ướt θ giữa
chất lỏng và tờ giấy và vì vậy làm giảm sự thâm nhập của chất lỏng vào tờ giấy.
Dựa vào môi trường huyền phù bột giấy khi gia keo mà người ta chia gia keo nội
bộ ra làm 2 loại:
- Gia keo trong môi trường axit (pH từ 4 đến 6): dùng hệ chất chống thấm là
nhựa thông xà phòng hóa hoặc nhựa thông phân tán kèm với phèn nhôm
sunphat.
- Gia keo trong môi trường trung tính (pH từ 6,8 đến 7,2) hoặc kiềm tính (pH
trên 7,2): dùng hệ chất chống thấm là nhựa thông phân tán kèm với PAC
hoặc chỉ dùng keo tổng hợp AKD, ASA.
Hiện nay xu hướng gia keo nội bộ khi sản xuất giấy là gia keo trong môi trường
trung tính hoặc kiềm tính. Vì gia keo trong môi trường này có nhiều ưu điểm về hình
thành và chất lượng tờ giấy và tăng tuổi thọ cho máy xeo, thiết bị. Do vậy các loại keo
được sử dụng nhiều ngày nay là AKD, ASA, nhựa thông phân tán, nhựa thông biến
tính đang dần thay thế keo nhựa thông thường.
Gia keo bề mặt: keo tinh bột được thêm vào bề mặt trong giai đoạn cuối của quá
trình sản xuất giấy (giữa các lô sấy) nhằm làm giảm các khoảng trống giữa các xơ sợi
trên bề mặt giấy nên cũng làm giảm sự thâm nhập của chất lỏng vào tờ giấy. Nhờ tính
chất tạo màng của keo tinh bột mà bề mặt tờ giấy được phủ một lớp màng mỏng.

Thông thường, để tăng tính chống thấm cho tờ giấy, người ta dùng phương pháp
gia keo nội bộ là chủ yếu vì chỉ có phương pháp này mới làm thay đổi bản chất của xơ
sợi, từ ưa nước sang kỵ nước. Phương pháp gia keo bề mặt chỉ làm tăng hiệu quả
chống thấm cho giấy sau khi đã dùng phương pháp gia keo nội bộ.

6


c) Cơ chế gia keo chống thấm
Gia keo nội bộ: các hạt keo chống thấm được gia vào huyền phù bột và được
bảo lưu lại trong quá trình hình thành tờ giấy (vị trí gia keo trước khi lên máy xeo).
Nhờ tính kỵ nước của các mạch hiđrô cacbon dài và các vòng benzene trong phân tử
hạt keo mà giấy trở nên có tính kỵ nước.
Gia keo bề mặt: sử dụng những chất có tính tạo màng để tráng phủ lên bề mặt
tờ giấy khi tờ giấy đã có một độ khô nhất định (vị trí gia keo ở giữa bộ phận sấy). Tờ
giấy sau khi tạo thành sẽ có những lỗ nhỏ li ti trên bề mặt, chất tạo màng sẽ lắp kín đa
số những lỗ nhỏ này và làm cho nước khó thâm nhập vào tờ giấy hơn.
d) Mục tiêu của gia keo chống thấm
Điều chỉnh tỷ lệ thẩm thấu của chất lỏng trong quá trình vận hành như gia keo
bề mặt hay tráng phủ.
Điều chỉnh tỷ lệ thẩm thấu của mực nước khi in hay viết.
Tạo ra những sản phẩm với sự yêu cầu về độ chống thấm đặc biệt như bìa cáctông, giấy in, giấy viết, giấy dán tường, giấy bao gói đựng thực phẩm, sữa…
e) Cách đo gia keo chống thấm của giấy
Sau khi sản xuất giấy người ta thường tiến hành đo độ chống thấm của giấy. Có
nhiều phương pháp đo độ chống thấm của giấy, nhưng phương pháp hay được áp dụng
nhất là phương pháp cobb test đã được áp dụng trên thế giới từ hơn 60 năm nay do tính
chất dễ thực hiện của nó. Người ta đặt một khuôn thép inox hình trụ rỗng có diện tích
tiết diện ngang 10cm2 lên trên một mẫu giấy đã được cân khối lượng trước khi đo. Sau
đó, đổ nước vào bên trong khuôn thép inox đó, bấm đồng hồ để đo thời gian nước
thấm vào tấm giấy mẫu. Thời gian đo có thể dao động từ 30 giây đến 10 phút tùy theo

quy định về định lượng và chủng loại giấy cần đo, thời gian đo phổ biến nhất với nhiều
loại giấy là 60 giây. Sau đó tấm giấy mẫu được lấy ra, thấm bỏ lớp nước dư còn bám
trên giấy rồi đem cân lại để xác định lượng nước là 100 cm2 tấm giấy mẫu đã hấp phụ
lượng nước này được tính lại ra g/m2 giấy, như vậy là lượng nước hấp thụ càng nhiều
thì khả năng chống thấm của giấy càng thấp.

7


Mức độ chống thấm của giấy phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như nhiệt độ của
nước, độ ẩm của giấy mẫu, độ ẩm của môi trường, …Do vậy nên trước khi đo cần phải
ủ giấy mẫu ở trong phòng có đủ điều kiện tiêu chuẩn để đảm bảo tính chính xác của số
liệu đo nhận được.
Phương pháp đo này hay áp dụng để đo độ chống thấm của những loại giấy có độ
gia keo trung bình như giấy in, giấy viết, giấy bìa, định lượng nhỏ hơn 200g/m2.
Nhược điểm của phương pháp này là không áp dụng được cho những loại giấy có
độ gia keo rất cao như những loại giấy làm mặt ngoài hộp carton đựng thực phẩm,
hoặc rất thấp như những loại giấy vệ sinh, giấy thấm. Các loại giấy đặc biệt này thì áp
dụng các phương pháp khác để đo độ chống thấm.
2.2 Keo hoạt tính AKD

Hình 2.4: Công thức hóa học của keo AKD (R = C14H29 đến C20H39)
2.2.1 Cách điều chế AKD
AKD là sản phẩm tổng hợp hữu cơ có chứa vòng lactone nó được tổng hợp nhờ
những phản ứng sau:

Hình 2.5: Phản ứng điều chế keo AKD.
8

-

Trong phân tử AKD có hai phần: một phần là hydrocacbon làm cho nó có thể

tham gia phản ứng với các nhóm OH của xơ sợi xenlulo, nhờ vậy mà nó được giữ
lại trên bề mặt xơ sợi.
-

Trong phản ứng điều chế AKD trên, axit béo được dùng thường ở dạng sáp, là

hỗn hợp của ít nhất là 5 axit béo khác nhau trở lên (chưa từ 12 - 14 nguyên tử
cacbon). Trong mỗi loại keo AKD, một trong các axit sau sẽ chiếm tỷ lệ lớn nhất,
đó là axit palmitic(có nhiều trong dầu dừa), hoặc axit lauric, hoặc axit stearic(có
nhiều trong thành phần mỡ động vật), hoặc axit myristic,…
AKD nguyên thể được điều chế ở dạng sáp, không tan trong nước, nhiệt độ nóng
chảy trong khoảng 44 - 52oC
Muốn sử dụng AKD làm keo chống thấm cho giấy thì cần phải phân tán chúng vào
trong nước thành các hạt keo có kích thước nhỏ (khoảng 0.5 – 2 µm), và phải tích
điện cho các hạt này bằng cách dùng các hạt polymer cation bám lên các hạt keo để
cho chúng tích điện dương thì chúng mới có khả năng bảo lưu lại trên xơ sợi trong
quá trình xeo giấy sau này, người ta gọi đó là quá trình nhũ tương hóa keo AKD.
Quá trình nhũ tương hóa keo được thực hiện như sau:
-

Phân tán sáp AKD dạng vảy nến trong dung dịch nước đun nóng tới nhiệt độ

khoảng 75 – 90oC đã có chứa chất phụ trợ khác:
+ Chất ổn định nhũ tương: thí dụ như tinh bột cation
+ Chất hoạt động bề mặt: thí dụ như lignin sulphonate natri
-

Sau khi sáp AKD tan hết thì nén ép dung dịch này chảy qua màng có lỗ thật mịn

(khoảng 0.5 - 2µm) rồi làm nguội để thu được nhũ tương AKD
-

Một lượng nhỏ chất phân tán là tinh bột cation dạng mạch ngắn có độ tích điện

cao cùng với một lượng nhỏ chất diệt khuẩn cần cho thêm vào nhũ tương để làm
tăng thời gian bảo quản của nhũ tương AKD
-

Để hạn chế phản ứng thủy phân của phân tử AKD trong quá trình bảo quản

người ta phải hạ pH của nhũ tương xuống khoảng 2.5 – 3.5 bằng axit H2SO4 hoặc
axit HCl. Nếu pH>6 thì phân tử AKD dể thêm gia phản ứng mở vòng lactone, làm
9


giảm hiệu quả bảo lưu keo AKD trên xơ sợi. Vì pH của nhũ tương là môi trường
axit nên thiết bị chứa hoặc xử lý nhũ tương AKD trước khi gia vào bột giấy phải
được làm bằng vật liệu chống axit ăn mòn.
-

AKD trên thị trường thường được bán dưới dạng chuẩn bị sẵn là nhũ tương

AKD. Trong quá trình vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, nhũ tương AKD
thường được giữ ở nhiệt độ thích hợp là khoảng 20oC, thì thời gian sống của nhũ
tương được khoảng một tháng. Khi về nơi sử dụng, muốn bảo quản trong kho lâu
hơn một tháng thì phải bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn nữa

-

Trước khi sử dụng thì nhũ tương này sẽ được hòa loãng ra khoảng 10 lần để dễ

dàng trộn đều với bột
Trước đây người ta chỉ điều chế được nhũ tương AKD nồng độ thấp chứa 6 – 13%
chất khô. Ngày nay người ta điều chế được nhũ tương AKD nồng độ cao chứa 20 –
25% chất khô. Trong thành phần chất khô đó thì 20 – 40% là tinh bột cation hoặc
là các cation polymer có mật độ điện tích dương cao. Nhũ tương AKD có nồng độ
chất khô cao hơn nữa, trong đó lượng cation polymer gấp 1.5 – 2 lần AKD (về khối
lượng). Chất lượng của keo AKD cũng ngày càng được hoàn thiện hơn theo xu
hướng: dễ phân tán hơn, ít xảy ra phản ứng thủy phân của AKD hơn, thời gian bảo
quản lâu hơn.
2.2.2 Cơ chế phản ứng của AKD với sơ xợi xenlulo
Phản ứng giữa keo AKD với sơ sợi Xenlulo diễn ra theo 4 bước như sau:
Bước1: Diễn ra quá trình các hạt keo AKD phân tán và bám vào bề mặt sơ sợi
nhờ lực hút tĩnh điện do: sơ sợi thì tích điện âm còn các hạt keo thì tích điện dương
nhờ các cation tinh bột bám lên bề mặt hạt keo trong quá trình nhũ tương hóa keo
AKD. Vị trị gia keo AKD vào dòng bột nằm ở công đoạn từ bể chứa đầu máy đến
bơm quạt hoặc hòm điều tiết
Bước 2: Khi tẩm giấy ướt đi qua bộ phận sấy của máy keo, các hạt keo dạng
sáp có kích thước rất nhỏ sẽ bị nóng chảy nhờ vào nhiệt độ cao của bộ phận sấy,
phủ lên bề mặt sơ sợi, tạo điều kiện tốt cho phản ứng giữa các nhóm OH của sơ sợi
với nhóm chức của phân tử AKD
10


Bước 3: Diễn ra phản ứng giữa các nhóm OH của xenlulo với nhóm chức của
phân tử AKD. Phản ứng này chỉ diễn ra với tốc độ cao khi phần lớn lượng nước
trong tấm giấy đã được bay hơi, nghĩa là ở cuối giai đoạn sấy. Đó là phản ứng

truyền cho giấy tính thấm của keo AKD. Muốn đẩy nhanh phản ứng này người ta
sử dụng keo PAE hoặc các cation polyamine cho vào trong nhũ tương AKD.
Nhưng sự có mặt của PAE cũng làm cho tăng tốc độ phản ứng thủy phân của keo
AKD, làm phí một phần keo AKD do phản ứng này không cho hiệu quả chông
thấm.
Bước 4: Diễn ra quá trình định hướng của các phân tử AKD sao cho phần
hydrocacbon là phần kị nước thì chĩa ra ngoài bề mặt tấm giấy, còn phần nhóm
chức thì tạo thành liên kết với sơ sợi làm cho các hạt AKD được đính chặt vào bề
mặt sợi. Nhờ sự định hướng này mà độ chống thấm của giấy tăng lên. Sự định
hướng như vậy không chỉ diễn ra trong quá trình sấy mà còn tiếp tục diễn ra bên
trong cuộn giấy khi giấy đã được xeo xong. Nghĩa là độ chống thấm của giấy còn
tiếp tục tăng trong một thời gian ngắn sau khi giấy được xeo, nếu đo độ chống
thấm ngay sau khi giấy được sản xuất thì số liệu thu được sẽ không chính xác. Tỷ
lệ sử dụng keo AKD là khoảng 0.05 – 0.15% (tính keo AKD nguyên thể sáp) so
với khối lượng bột giấy khô tuyệt đối.
Hạt AKD
Bề mặt sợi

Sự hấp phụ vô hiệu
(Không gia keo)

Gia nhiệt
Sự nóng chảy và chảy dàn
(Không gia keo)
Thời gian
Sự định hướng
(Có hiệu ứng gia keo)
Phần kỵ nước
Phân tử chất keo
Phần ưa nước

Hình 2.6: Sơ đồ minh họa cơ chế gia keo
11


2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng keo AKD:
a) Các khái niệm về hiệu quả gia keo chống thấm
Gia keo đạt: là khả năng đạt được những yêu cầu chống thấm đã được đề ra đối
với mẫu giấy.
Gia keo kém: là gia keo không đạt được những yêu cầu chống thấm đã đề ra khi
kiểm tra mẫu giấy từ cuộn.
Hồi keo: là hiện tượng lúc đầu mẫu giấy đạt được những yêu cầu chống thấm đã
đề ra khi kiểm tra tại trục cuộn giấy, nhưng theo thời gian hoặc dưới tác dụng lão hóa
thì hiệu quả chống thấm của giấy giảm dần.
Gia keo tạm thời: là sự mất mát của gia keo dưới điều kiện tự nhiên của môi
trường, đến một lúc nào đó tác dụng gia keo hoàn toàn biến mất.
Bảng 2.1: Hiệu quả gia keo chống thấm
Gia keo

Gia keo

đạt

kém

Sau sấy

Đạt

Đạt

Đạt

Đạt

Sau 24 giờ trong điều kiện tự nhiên

Đạt

Không đạt

Đạt

Đạt

Sau 7 ngày trong điều kiện tự nhiên

Đạt

Không đạt

Kém

Kém

Sau 3 tuần trong điều kiện tự nhiên

Đạt

Không đạt

Kém

Thang đánh giá

Hồi keo

Gia keo
tạm thời

Không còn
tác dụng

b) Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo AKD
Khi tỉ lệ chất độn tăng thì tiêu tốn thêm nhiều lượng keo AKD vì khi đó tăng
thêm diện tích bề mặt mà keo AKD cần phải bao phủ. Phần keo AKD bao phủ bề mặt
chất độn sẽ không tham gia phản ứng gì nên không có hiệu quả chống thấm, do đó
lượng keo tăng thêm này là không có tác dụng. Để hạn chế điều này người ta khuyên
nên gia keo AKD vào dòng bột nồng độ cao trước khi gia chất độn, nghĩa là trước khi
vào bơm quạt để keo AKD bám vào xơ sợi trước, chứ không bám vào chất độn.
12


Khi gia thêm tinh bột cation vào bột giấy thì làm tăng hiệu quả chống thấm của
keo AKD, vì cation tinh bột sẽ làm tăng sự bám dính của các hạt keo AKD lên bề mặt
sơ sợi.
Cần phải lựa chọn các chất bảo lưu thích hợp để đạt được hiệu quả chống thấm
cao cho từng loại keo AKD cụ thể. Hệ các chất bảo lưu thường dùng kèm với keo
AKD là hệ bảo lưu vi hạt.
Độ pH: keo AKD được sử dụng hiệu quả nhất trong khoảng pH = 8 – 9.

Phản ứng của keo AKD với xơ sợi thường được xúc tác bằng các ion bicarbonate
HCO3- , do vậy người ta thường dùng một lượng nhỏ NaHCO3 hoặc Na 2CO3 vào dòng
bột vừa để thúc đẩy phản ứng giữa keo AKD với xơ sợi, vừa để điều chỉnh giá trị
pH=8 – 9 khi dùng PCC làm chất độn thì nồng độ ion HCO3- là thích hợp rồi nên
không cần bổ sung thêm Na2CO3 hoặc NaHCO3 nữa.
Độ kiềm tính và hiện tượng hồi keo: nồng độ OH- có trong dòng bột gọi là độ
kiềm tính của dòng bột. Nếu độ kiềm tính của dòng bột quá cao sẽ làm tăng phản ứng
thủy phân của keo AKD, không có tính chống thấm. Phản ứng này xảy ra chậm sẽ dẫn
đến hiện tượng chống thấm của giấy bị giảm dần sau khi tấm giấy được sản xuất gọi là
hiện tượng hồi keo. Hiện tượng hồi keo hay xảy ra khi dùng keo AKD với chất độn
PCC.
2.2.4 Cách sử dụng keo AKD
AKD có khả năng tham gia chủ yếu hai loại phản ứng:
Phản ứng của vòng lacton trong phân tử AKD với các nhóm OH của sơ xợi
xenlulo tạo thành β-keto-ester. Phản ứng này làm cho keo AKD được giữ lại trên bề
mặt sơ xợi và truyền cho giấy tính chống thấm. Keo AKD hoạt động kém hơn keo
ASA nên phản ứng này diễn ra chậm hơn. Chỉ có khoảng 50÷80% lượng AKD có khả
năng tham gia phản ứng tạo thành β-keto-ester ở điều kiện có chất xúc tác là poly
amide epiclorohydrin (PAE) và ion bicarbonate. Hiệu quả chống thấm của những phân
tử keo AKD đã tham gia phản ứng này lớn gấp 2÷3 lần những phân tử keo không tham
gia phản ứng. Nghĩa là những hạt keo không tham gia phản ứng này hầu như không có

13


Hiệu quả chống thấm cho giấy. Hiệu quả chống thấm đạt được khi có khoảng
15% bề mặt sơ xợi được bao phủ bởi lớp keo AKD mỏng khoảng 3nm.

Hình 2.7: Phản ứng hóa học giữa keo AKD với xơ sợi.
Phản ứng thủy phân của phân tử AKD tạo thành sản phẩm trung gian là β-keto

acid, sau đó phân hủy tiếp đến sản phẩm cuối cùng là ketone, chất này không có tác
dụng chống thấm cho giấy. Khác với sản phẩm thủy phân của keo ASA trôi theo nước
trắng rồi tác dụng với các cation tạp chất trong nước trắng thành những hạt dính làm
nhanh bẩn chăn lưới, ở đây sản phẩm thủy phân của keo AKD là các ketone lại ở trạng
thái là hạt rắn nên có thể được giữ lại trên bề mặt xơ sợi, không có tính kỵ nước, do
vậy không có lợi, nhưng đỡ làm bẩn chăn lưới hơn. Nghĩa là dùng keo AKD thì lâu
phải vệ sinh chăn lưới hơn so với dùng keo ASA.

Hình 2.8: Phản ứng thủy phân của keo AKD.
14