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

ĐOÀN THỊ KIM HIỀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘN VÀ AKD
ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG HỌC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG
THẤM CỦA GIẤY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 6/20012


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

ĐOÀN THỊ KIM HIỀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘN VÀ AKD
ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG HỌC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG
THẤM CỦA GIẤY

Ngành: Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn: ThS. LÊ TIỂU ANH THƯ

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 6/20012

i


CẢM TẠ
Sau một thời gian nghiên cứu tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với nội
dung: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chất độn và AKD đến tính chất quang học
và khả năng chống thấm của giấy.
Điều đầu tiên con xin chân thành cảm ơn đấng sinh thành đã nuôi dưỡng
và dạy dỗ con để con có được ngày hôm nay.
Để có thể hoàn thành tốt luận văn, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi đã
nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của nhiều cơ quan, tổ chức, các nhà máy giấy và
thầy cô giáo,…
Nhân đây tôi xin chân thành cảm ơn:
-

Th.s Lê Tiểu Anh Thư, giáo viên trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt thời

gian thực hiện đề tài.
-

Các thầy cô giáo trong khoa lâm nghiệp và bộ môn công nghệ giấy và bột

giấy trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho tôi kiến thức
quí báu trong suốt khóa học.
-


Ks Trần Thị Kim Chi người quản lý phòng thí nghiệm bộ môn công nghệ

sản xuất giấy và bột giấy trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã nhiệt tình
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm.
-

Tất cả các thành viên lớp DH08GB đã góp ý chân thành, giúp tôi khắc phục

một số nhược điểm của luận văn.
-

Ban chủ nhiệm khoa Lâm Nghiệp và ban giám hiệu trường đại học Nông

Lâm TP. Hồ Chí Minh đã cho phép tôi sử dụng phòng thí nghiệm bộ môn công
nghệ giấy và bột giấy trong thời gian thực hiện đề tài.
-

Công ty giấy Tân Mai đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực tập
TPHCM, tháng 06/2012
Sinh viên thực hiện
Đoàn Thị Kim Hiền

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng chất độn và AKD đến tính chất quang học
và khả năng chống thấm của giấy” đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm công
nghệ giấy và bột giấy trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh từ ngày 08/03 đến

ngày 13/06/2012 với sự hướng dẫn của Ths. Lê Tiểu Anh Thư.
Nội dung nghiên cứu là khảo sát sự ảnh hưởng của chất độn CaCO3, AKD đến
độ trắng, độ đục và độ thấm hút nước của giấy. Nguồn nguyên liệu là bột CTMP,
bột hóa xớ ngắn, chất độn CaCO3 và keo AKD được lấy từ công ty cổ phần giấy
Tân Mai.
Kết quả đạt được của đề tài là:
- Khi tăng lượng chất độn CaCO3 từ 0% đến 20% và giữ nguyên lượng dùng
keo AKD ở mức 1,6% thì độ trắng của giấy tăng từ 84,15%ISO đến 88,13%ISO, độ
đục của giấy cũng tăng từ 89,76%ISO lên 92,99%ISO và khả năng chống thấm của
giấy của giấy thay đổi không đáng kể.
- Khi thay đổi lượng dùng keo AKD từ 0,4% đến 2% giữ nguyên lượng dùng
chất độn ở mức 20% thì khả năng chống thấm của giấy lại tăng từ 78,7 g/m2 đến
20,2 g/m2 và độ trắng, độ đục của giấy cũng thay đổi không đáng kể.

iii


SUMMARY
Project "Study of the effects of fillers and AKD to the optical properties and
resistance to penetration of the paper" was made in the laboratory pulp and paper
technology Nong Lam University. Ho Chi Minh City from 08/03 to date 13/06/2012
with the direction of MA. Le Tieu Anh Thu.
Contents of survey research is the influence of CaCO3 fillers, AKD to
whiteness, opacity and water absorbency of the paper. Material resources are CTMP
pulp, chemical pulp short drop, CaCO3 fillers and glue AKD is taken from Tan Mai
Paper Joint Stock Company.
Achievements of the project are:
- When CaCO3 fillers increased from 0% to 20% and retain the amount of glue
used at 1.6% AKD the whiteness of the paper increased from 84.15% ISO to
88.13% ISO, the opacity of the paper also increased from 89.76% ISO to 92.99%

ISO and capabilities of the sheet of waterproof paper does not change significantly.
- Varying the amount of glue used AKD from 0.4% to 2% of users remain at
20% filler, the permeability of the sheet resistance increased from 78.7 g/m2 to 20.2
g/m2 and whiteness, opacity of the paper is also not significantly changed.

iv


MỤC LỤC
TRANG
CẢM TẠ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ........................................................................................................ iii
MỤC LỤC ..........................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC HÌNH............................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................. xi
1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1
1.2 Mục đích nghiên cứu .............................................................................................2
1.3 Giới hạn đề tài .......................................................................................................2
2. TỔNG QUAN ........................................................................................................3
2.1 Tổng quan về chất độn ..........................................................................................3
2.1.1 Khái niệm về chất độn........................................................................................3
2.1.2 Một số loại chất độn thường dùng trong ngành giấy .........................................3
2.1.3 Yêu cầu và tính chất của chất độn......................................................................5
2.1.4 Vai trò của chất độn trong sản xuất giấy ............................................................7
2.1.5 Tổng quan về chất độn CaCO3 ...........................................................................9
2.2 Khái niệm về các tính chất quang học ................................................................11
2.2.1 Các khái niệm ...................................................................................................11
2.2.2 Ảnh hưởng của chất độn đến các tính chất quang học của giấy ......................12
2.3 Tổng quan về gia keo nội bộ ...............................................................................14

2.3.1 Mục đích...........................................................................................................14
2.3.2 Sự thấm ướt ......................................................................................................14
2.3.3 Sự gia keo .........................................................................................................15
2.3.4 Hiệu quả gia keo chống thấm phụ thuộc vào một số yếu tố ............................16
2.3.5 Các yếu tố làm giảm hiệu quả chống thấm cho giấy .......................................16
2.4 Keo AKD (Alkyl Keten Dimer) ..........................................................................17
2.4.1 Những tính chất đặc trưng cho loại keo AKD .................................................17

v


2.4.2 Tổng hợp và nhũ hóa keo AKD .......................................................................18
2.4.3 Hoạt tính của keo AKD ....................................................................................20
2.4.4 Cơ chế phản ứng của keo AKD và xơ sợi ........................................................21
2.4.5 Lượng dùng ......................................................................................................22
2.4.6 Ảnh hưởng của chất độn đến hiệu quả chống thấm của keo AKD ..................22
3. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................23
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu.......................................................................23
3.2 Nguyên liệu và thiết bị ........................................................................................23
3.2.2 Thiết bị. ............................................................................................................24
3.3 Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................29
3.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chung ..........................................................................29
3.3.2 Mô tả trình tự các bước tiến hành thí nghiệm ..................................................30
3.4 Các phương pháp tiến hành thí nghiệm ..............................................................31
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................34
4.1 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến tính chất quang học và độ chống thấm của
giấy ............................................................................................................................34
4.1.1 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ trắng của giấy ...................................34
4.1.2 Ảnh hưởng của chất độn đến độ đục của giấy .................................................35
4.1.3 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến khả năng chống thấm của giấy .............36

4.1.4 . Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ trắng, độ đục và khả năng chống thấm
của giấy. ....................................................................................................................37
4.2 Ảnh hưởng của AKD đến độ đục, độ trắng và khả năng chống thấm của giấy ..38
4.2.1 Ảnh hưởng của AKD đến khả năng chống thấm của giấy...............................38
4.2.2

Ảnh hưởng của AKD đến độ trắng, độ đục và khả năng chống thấm của

giấy ............................................................................................................................39
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................40
5.1 Kết luận ...............................................................................................................40
5.2 Kiến nghị .............................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................42

vi


PHỤ LỤC .................................................................................................................43

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

CTMP

Chemo-Thermo-Mechanical Pulp


ISO

International standards Organization

KTĐ

Khô Tuyệt Đối

SCAN

Scandinavian pulp, paper and board

SR

Schopper Reigler

GCC

Grounding Calcium Carbonate

PCC Precipitated

Calcium Carbonate

Handsheet

Tờ giấy xeo tay

viii



DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG:

Hình 2.1: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn GCC ...........................................10 
Hình 2.2: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn PCC ...........................................10 
Hình 2.3: Quá trình phát triển tác dụng gia keo ADK .............................................18 
Hình 2.4: Phản ứng tổng hợp AKD (R = C14H29 → C20H29) ...................................19 
Hình 2.5: Phản ứng giữa AKD và nhóm OH của xenlulo .......................................20 
Hình 2.6: Phản ứng thủy phân AKD ........................................................................20 
Hình 2.7: Sơ đồ minh họa cơ chế gia keo ................................................................21 
Hình 3.1: Cân kĩ thuật ..............................................................................................24 
Hình 3.2: Cân định lượng giấy .................................................................................25 
Hình 3.3: Máy đánh tơi ............................................................................................25 
Hình 3.4: Máy nghiền PFI ........................................................................................25 
Hình 3.5: Máy đo độ nghiền....................................................................................26 
Hình 3.6: Máy xeo giấy ............................................................................................26 
Hình 3.7: Tủ sấy .......................................................................................................27 
Hình 3.8: Bình hút ẩm ..............................................................................................27 
Hình 3.9: Thiết bị đo độ Cobb..................................................................................28 
Hình 3.10: Sơ đồ mô tả thí nghiệm ..........................................................................29 
Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của chất độn đến độ trắng của giấy. .......34 
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của chất độn đến độ đục của giấy. .........35 
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của chất độn đến khả năng chống thấm
của giấy. ....................................................................................................................36 
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của chất độn đến độ trắng, độ đục và khả
năng chống thấm của giấy. ........................................................................................37 

Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của tỉ lệ dùng AKD đến hiệu quả chống
thấm của giấy. ...........................................................................................................38 

ix


Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của keo AKD đến độ trắng, độ đục và khả
năng chống thấm của giấy. ........................................................................................39 

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG:

Bảng 2.1 Phân loại một số chất độn thông dụng và các chỉ tiêu kỹ thuật .................. 5
Bảng 3.1 Đặc điểm kỹ thuật bột CTMP ................................................................... 23
Bảng 3.2 Đặc điểm kỹ thuật bột hóa xớ ngắn........................................................... 23
Bảng 3.3 Đặc điểm kỹ thuật chất độn GCC ............................................................. 23
Bảng 3.4 Bảng thay đổi mức dùng CaCO3 ............................................................... 30
Bảng 3.5 bảng thay đổi mức dùng AKD .................................................................. 31

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1


Tính cấp thiết của đề tài
Giấy là một sản phẩm được dùng rộng rãi trong cuộc sống của con người.

Phần lớn giấy sản xuất được dùng trong lĩnh vực thông tin văn hóa như in sách, báo,
giấy viết, tạp chí…dùng cho lĩnh vực bao gói và cung cấp cho các ngành công
nghiệp khác như: Thực phẩm, xây dựng, điện, điện tử, hóa chất và nhiều ứng dụng
khác. Ngoài ra, ngành công nghiệp sản xuất giấy cũng tạo ra công ăn việc làm cho
nhiều người từ khâu trồng nguyên liệu, khâu sản xuất đến khâu phân phối sản
phẩm.
Mỗi loại giấy đều có những yêu cầu riêng, phù hợp với mục đích sử dụng.
Chẳng hạn như giấy in, giấy in cần có được độ trắng cần thiết để khi in bản in có
được độ chính xác về màu sắc của hình ảnh và sự trùng khớp với bản gốc khi in
nhiều màu, độ đục cần cao để đảm bảo khi in hai mặt hình ảnh, chữ viết ở mặt này
không bị nhìn thấu qua mặt sau, ngoài ra một trong những tính chất quan trọng khác
của giấy in nữa là khả năng hút nước. Xác định đúng khả năng hút nước của giấy
đồng nghĩa với việc tạo nên một bản in chất lượng tốt
Để đáp ứng được các yêu cầu về độ trắng và độ đục của giấy in, trong quá
trình sản xuất người ta thường gia chất độn vào để tăng được độ trắng và độ đục của
giấy cũng như hạ được giá thành của sản phẩm. Ngoài ra, chất độn cũng ảnh hưởng
lớn đến khả năng chống thấm của giấy in vì vậy lượng chất độn cho vào trong quá
trình sản xuất cần phải đủ để đạt được những yêu cầu của giấy in, tránh gây lãng phí
và tiêu hao nhiều lượng hóa chất.

1


1.2

Mục đích nghiên cứu

Thông qua việc tiến hành đo độ trắng, độ đục và độ COBB của những mẫu

giấy được xeo từ sự thay đổi mức dùng chất độn CaCO3 và lượng dùng keo AKD
khác nhau để rút ra ảnh hưởng của chất độn CaCO3 và keo AKD đến độ trắng, độ
đục và khả năng chống thấm của mẫu giấy in định lượng 80 g/m2.
1.3

Giới hạn đề tài
Do sự hạn chế về thời gian cũng như những điều kiện tiến hành thí nghiệm

nên đề tài chỉ giới hạn ở việc thay đổi mức dùng CaCO3 và AKD để làm rõ mục
đích nghiên cứu của đề tài.
Điều kiện làm giấy trong phòng thí nghiệm không mô phỏng hết được các
điều kiện thực tế trong nhà máy như: quá trình xeo giấy bằng thiết bị xeo handsheet
không mô phỏng được quá trình xeo giấy trên lưới xeo, thiết bị sấy giấy nhanh
trong phòng thí nghiệm không mô phỏng được quá trình sấy bằng các lô sấy trong
nhà máy…Vì vậy đề tài chỉ đưa ra những kết quả đã được thực hiện theo điều kiện
và thiết bị phòng thí nghiệm, các điều kiện không tuân theo tiêu chuẩn chung đều
được mô tả cụ thể trong đề tài, các điều kiện tuân theo tiêu chuẩn được trình bày
trong phần phụ lục.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1

Tổng quan về chất độn


2.1.1 Khái niệm về chất độn
Chất độn là những chất bột mịn, màu trắng, không tan trong nước, chúng
thường là những chất khoáng có sẵn trong tự nhiên như bột đá vôi (CaCO3), bột đất
sét (cao lanh = Al2O3.SiO2), bột talc, hoặc bột nhân tạo như dioxit titan (TiO2)…
Có hai khái niệm liên quan đến chất độn là “chất độn” và “pigment”. Tuy
nhiên sự phân biệt này không rõ ràng. “Chất độn” liên quan đến việc lấp đầy các
khoảng trống trong cấu trúc bên trong của tờ giấy, liên quan đến việc giảm giá
thành sản phẩm vì giá chất độn thấp hơn nhiều so với giá bột giấy. “Pigment” liên
quan đến tính chất phụ gia, thường dùng tráng phủ để cải thiện một số tính chất bề
mặt của giấy.Chất độn và pigment được sử dụng trong giấy hầu hết có độ trắng
100%. Một số pigment có màu có thể được sử dụng trong giấy in và giấy viết.
2.1.2 Một số loại chất độn thường dùng trong ngành giấy
- Cao lanh (Al2O3.SiO2)
Cao lanh là sản phẩm phân hủy của alumina silicat kiềm, thành phần hóa học
chủ yếu của cao lanh là SiO2 (45 - 47%), Al2O3 (35 - 38%), Fe2O3, K2O, TiO2, chất
cháy được (12 - 13%). Thành phần của những chất này phụ thuộc vào nơi khai thác
cao lanh. Cao lanh có cấu trúc hai lớp, một lớp tứ diện silicat, một lớp bát diện
alumina.
Ngoài cao lanh còn có loại đất sét đặc biệt gọi là bentonite hay đất sét nung
khô, gồm hai loại là bentonite natri và bentonite canxi, trong đó bentonite natri
trương nở tốt hơn.
- Bột đá vôi (CaCO3)

3


Bột đá vôi có hai loại chủ yếu, đó là sản phẩm thiên nhiên bằng cách nghiền
đá vôi thiên nhiên gọi là GCC hay bột đá nặng, loại sản phẩm kết tủa được tổng hợp
là PCC gọi là bột kết tủa hay bột đá nhẹ.
Canxicacbonat xuất hiện trong nhiều khoáng thiên nhiên khác nhau, các

khoáng quan trọng nhất là calcite, aragonite và vaterite, trong đó thông dụng nhất là
calcite được tìm thấy nhiều trong đá vôi.
- Bột talc
Thành phần hóa học chủ yếu của bột talc là silicat magie ngậm nước
(MgO.SiO.3nH2O). Bột talc được sản xuất bằng cách nghiền quặng talc, sau đó
tuyển nổi và phân loại theo kích thước hạt.
Bột talc có đặc điểm nổi bật là rất mềm, kỵ nước nhất trong số các loại chất
độn sử dụng trong ngành giấy, do vậy nó thường được sử dụng làm chất hấp phụ
các tạp chất kỵ nước, hạt nhựa cây mịn lẫn trong dòng bột của cả hai quá trình sản
xuất bột và sản xuất giấy. Khi sử dụng bột talc làm chất độn dễ gặp hiện tượng tạo
bọt trong dòng bột do tính kỵ nước của nó gây ra.
Bột talc có độ trắng cao nên thường được sử dụng trong các loại giấy cần độ
trắng như giấy in, giấy viết.
- Bột dioxit titan (TiO2)
Dioxit titan thường là sản phẩm nhân tạo, chỉ một lượng nhỏ là sản phẩm từ
khoáng tự nhiên. Có hai dạng được sử dụng trong ngành giấy là anatase và rutile,
trong đó rutile thì bền và chặt hơn. Bột talc có độ trắng, độ phản xạ và độ tán xạ ánh
sáng cao, hạt nhỏ, mịn nên chúng là loại chất độn có chất lượng cao. Nhược điểm
của bột talc là giá đắt và độ bảo lưu thấp nên ít được sử dụng trong ngành giấy.
- Bột hydroxit nhôm (Al(OH)3)
Bột hydroxit nhôm là sản phẩm nhân tạo khi chế biến quặng boxit ở điều kiện
nhiệt độ 2000C và áp suất 20 at.
Bột hydroxit nhôm có độ trắng cao, kích thước hạt nhỏ, hình dạng dẹt, vừa
được sử dụng làm chất độn vừa là chất tráng phủ bề mặt để tăng độ trắng, độ bóng
cho giấy.

4


Bảng 2.1: Phân loại một số chất độn thông dụng và các chỉ tiêu kỹ thuật

Tên chất độn

Thành phần hoá Hệ số Kích thước Độ trắng
học

phản

Bề

mặt

hạt (μm)

(độ ISO)

riêng (m2/g)

7,5

xạ
Cao lanh

Al2O3.2SiO2.H2O

1,56

0,5 - 1

70 – 90


Bột Talc

3MgO.4SiO2.H2O 1,57

1 - 10

70 – 90

CaCO3 nghiền

CaCO3

1,56

3-5

93

CaCO3 kết tủa

CaCO3

1,56

0,2 - 0,5

95

Canxi sunfat


CaSO4.2H2O

1,52

1-5

70 – 80

Bari sunfat

BaSO4

1,64

2-5

95

4,5

Dioxit Titan

TiO2

2,55

0,2 - 0,5

98 – 99


9

Oxit Kẽm

ZnO

2,01

0,3 - 0,5

97 – 98

6,5

2.1.3 Yêu cầu và tính chất của chất độn
2.1.3.1 Yêu cầu của chất độn
Chất độn được coi là lý tưởng khi nó mang những tính chất sau:
- Phản xạ lại 100% ánh sáng ở tất cả các bước sóng nhìn thấy (nghĩa là độ
trắng đạt 100%).
- Hệ số khúc xạ ánh sáng phải cao để nó đảm bảo tăng được tối đa độ đục
cho giấy, nhất là khi sử dụng nó trong giấy mỏng.
- Không lẫn tạp chất, kích thước hạt nhỏ khoảng bằng một nửa chiều dài của
bước sóng ánh sáng nhìn thấy.
- Hạt chất độn cần có độ cứng không cao để giảm thiểu sự mài mòn lưới,
chăn và các thiết bị khác trên máy xeo.
- Chất độn cần phải trơ trong môi trường sử dụng nó, vì nếu không trơ nó sẽ
bị hòa tan trong môi trường đó, không còn là chất độn nữa.
- Tỉ trọng của chất độn cần không cao lắm để hạn chế sự khác nhau ở hai bề
mặt giấy.


5


- Chất độn cần có khả năng bảo lưu tốt trong cấu trúc giấy.
Trong thực tế không có loại chất độn nào thỏa mãn tất cả các yêu cầu của chất
độn lý tưởng trên. Vì vậy ta phải lựa chọn loại chất độn cho thích hợp với yêu cầu
của từng loại giấy và môi trường sử dụng nó khi xeo giấy.
2.1.3.2
-

Các tính chất quan trọng của chất độn
Tính chất quang học

Các tính chất quan trọng của chất độn như độ trắng, độ tán xa, phản xạ ánh
sáng…liên quan rất nhiều đến thành phần hóa học và loại chất độn.
Độ phản xạ ánh sáng càng cao thì độ trắng của giấy càng cao, độ tán xạ ánh
sáng càng cao thì độ đục của giấy càng cao.
- Hình dạng và kích thước hạt
Kích thước hạt chất độn càng nhỏ thì khả năng tán xạ ánh sáng càng lớn, nghĩa
là chất độn đó cho giấy có độ đục càng cao. Chất độn có thể chia làm hai loại chính
như sau: dạng hạt dày (như CaCO3 hình khối, PCC hình kim…) và dạng dẹt (như
bột cao lanh và bột talc…). Dạng hạt dày tán xạ ánh sáng tốt hơn hạt dẹt.
Kích thước hạt khoảng 0,2 - 0,3 µm (nửa bước sóng ánh sáng nhìn thấy) sẽ
cho sự tán xạ ánh sáng cực đại. Các hạt có dạng hình cầu cho hệ số khúc xạ cao
hơn. Trong thực tế chất độn hiếm khi có dạng hình cầu, sự phân bố kích thước và
hình dạng hạt của chất độn cũng rất khác nhau. Kích thước và hình dạng của hạt
chất độn liên quan đáng kể đến độ bóng của giấy. Hạt mịn có dạng hình que, hình
đĩa sẽ cải thiện đáng kể độ bóng của giấy. Kích thước hạt cũng ảnh hưởng đến độ
bền và tính chất in của giấy.
- Tính mài mòn

Tính mài mòn là tính chất quan trọng của chất độn. Độ cứng, hình dạng và
kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tính mài mòn của chất độn. Cùng một loại chất
độn nhưng có thể gây sự mài mòn khác nhau trên các bề mặt khác nhau. Ví dụ đá
phấn gây mài mòn trên lưới plastic hơn lưới kim loại, bột cao lanh thì ngược lại.
- Tính tan

6


Tính tan cũng là một tính chất rất quan trọng của chất độn. Chất độn cần có độ
hòa tan thấp trong môi trường mà nó được sử dụng để đảm bảo hiệu quả sử dụng và
hạn chế sự thất thoát của chất độn theo nước trắng ở bộ phận xeo. Ví dụ bột cao
lanh tương đối trơ trong cả môi trường kiềm và môi trường axit, còn bột đá vôi do
dễ bị hòa tan trong môi trường axit (1500 gam/lít) nên chỉ được sử dụng trong môi
trường kiềm hoặc trung tính.
Tính tan của chất độn phụ thuộc nhiều vào môi trường sử dụng nó, đặc biệt là
pH và nhiệt độ.
2.1.4 Vai trò của chất độn trong sản xuất giấy
Lấp đầy khoảng trống giữa các xơ sợi trong cấu trúc tờ giấy, giảm sự biến
dạng của tờ giấy khi gặp ẩm do tỷ lệ sử dụng chất độn cao thì giấy sẽ có độ ổn định
kích thước tốt vì nó làm giảm số lượng liên kết giữa các xơ sợi. Những tính chất
này rất quan trọng đối với các loại giấy viết, giấy in offset.
Một số loại chất độn có độ trắng cao như PCC, bột talc còn dùng để cải thiện
độ trắng cho giấy.
Giảm giá thành của giấy thành phẩm vì hầu hết các loại chất độn đều rẻ hơn
bột giấy từ gỗ tự nhiên.
Chất độn cũng góp phần làm tăng độ đục của giấy đây là tính chất quan trọng
của giấy viết.
Ngoài những tác dụng tích cực trên thì chất độn cũng gây ra một số tác dụng
tiêu cực như: giảm hầu hết tính chất cơ lý của giấy, tăng tính hai mặt của tờ giấy,

tiêu tốn hóa chất và phụ gia, tăng sự mài mòn cho máy xeo…
2.2.5 Ảnh hưởng của chất độn đến cấu trúc và tính chất của giấy
 Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất cơ lý của giấy
Độ bền của tờ giấy phụ thuộc vào liên kết giữ các xơ sợi. Vì các chất độn
không có khả năng hình thành liên kết, hạn chế sự liên kết của xơ sợi làm số lượng
liên kết trên một đơn vị diện tích tờ giấy giảm nên khi tăng tỉ lệ sử dụng chất độn sẽ
làm giảm độ bền cơ lý của giấy, nhất là độ chịu kéo.

7


Độ chịu lực của giấy giảm do các ứng suất hình thành trong cấu trúc tờ giấy
như ở các lổ, các chổ rạn. Khi xơ sợi được thay bằng chất độn thì có nghĩa là số
lượng xơ sợi trên một đơn vị thể tích sẽ giảm vì thế khả năng chiu lực của giấy cũng
giảm.
Khi tỉ lệ sử dụng chất độn thấp trong khoảng 2 - 3 % thì độ bền cơ lý của giấy
hầu như không thay đổi so với giấy không sử dụng chất độn. Chỉ khi tỉ lệ chất độn
cao hơn các giá trị này thì tỉ lệ chất độn càng tăng, độ bền cơ lý càng giảm.
 Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất quang học của giấy
Các loại chất độn thường có độ trắng cao hơn xơ sợi nên chất độn cũng được
sử dụng để tăng độ trắng cho giấy.
Khi sử dụng chất độn, số lượng các lổ trống trong tờ giấy tăng lên làm tăng
mức độ khúc xạ của ánh sáng vì thế độ đục của giấy cũng được cải thiện đáng kể.
Tỉ lệ sử dụng chất độn càng cao thì độ thấu sáng của giấy càng đều vì khi đó
kích thước của các lỗ trống trong kết cấu của tờ giấy trở nên đồng đều hơn so với
kích thước của các lỗ trống trong tờ giấy không sử dụng chất độn.
Ngoài ra chất độn còn có khả năng làm giảm độ hồi màu của giấy, đặc biệt là
giấy làm từ bột cơ.
 Ảnh hưởng của chất độn đến cấu trúc của tờ giấy
Cấu trúc của tờ giấy như độ xốp, độ hỏng…phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng

và kích thước của hạt chất độn. Một số nhà nghiên cứu cho rằng khi sử dụng chất
độn, chúng sẽ lắp đầy vào các lổ trống trong cấu trúc của tờ giấy làm tờ giấy chặt
hơn, nhưng thực tế thì ngược lại. Điều này được giải thích là vì các hạt chất độn làm
cản trở sự tiến lại gần nhau của các xơ sợi nên kết quả là độ xốp và độ thấu khí của
giấy sẽ tăng lên. Nhưng khi giấy có sử dụng chất độn và qua cán láng thì độ chặt
của tờ giấy sẽ tăng lên.
Độ xốp của tờ giấy càng tăng khi kích thước của hạt chất độn càng lớn. Giấy
sử dụng chất độn hình dạng thô sẽ có độ xốp cao hơn giấy sử dụng chất độn mịn và
dẹt. Độ xốp của tờ giấy càng tăng khi kích thước của hạt chất độn càng lớn. Chỉ
trong trường hợp khi bột giấy có kích thước, hình dạng thô (như bột gỗ mài dạng

8


thô) dùng để sản xuất các loại giấy carton, sản phẩm giấy thu được sẽ có độ xốp
cao, khi đó việc sử dụng các loại chất độn có kích thước hạt nhỏ hơn so với kích
thước lỗ hổng giữa các xơ sợi sẽ làm tăng độ chặt của giấy.
Khi sử dụng chất độn thì tính chất hai mặt của tờ giấy cũng tăng lên. Điều này
được giải thích là khi tờ giấy được hình thành trên bộ phận lưới, quá trình thoát
nước và lực hút chân không làm cho các thành phần mịn và các hạt chất độn bị hút
về phía bề mặt tiếp xúc với lưới (mặt lưới) của tờ giấy, điều này làm cho tờ giấy có
sự khác biệt nhau ở hai mặt gọi là tính hai mặt của tờ giấy. Tính hai mặt của tờ giấy
được khắc phục bằng cách xeo giấy bằng máy xeo lưới đôi, khi đó quá trình thoát
nước diễn ra ở cả hai mặt, làm giảm sự khác biệt ở hai mặt của tờ giấy.
2.1.5 Tổng quan về chất độn CaCO3
CaCO3 là loại chất độn được sử dụng rất phổ biến trong ngành giấy. Chất độn
CaCO3 có hai loại chủ yếu là GCC, bột CaCO3 nghiền, hay bột đá nặng và PCC, bột
CaCO3 kết tủa, hay bột đá nhẹ.
- Bột canxicacbonat nghiền (GCC)
GCC thường được sử dụng để gọi chung các loại chất độn sau khi đã tinh chế

qua nghiền CaCO3 thu được từ đá phấn, đá vôi, đá hoa.
 Đá phấn là đá trầm tích có kết cấu mềm, xốp, thành phần chủ yếu là CaCO3
ở dạng calcite và aragonite.
 Đá vôi là đá trầm tích có kết cấu rắn, chắc, đá vôi cứng hơn và có độ xốp
kém hơn đá phấn.
 Đá hoa thường có nhiều tạp chất, đặc biệt là oxyt sắt, vì vậy đá hoa thường
có màu hơi vàng hoặc đỏ.

9


Nghiền mịn

Quặng

Nghiền đập

Rửa

Nghiền mịn

Tuyển nổi

Ly tâm

Nghiền đập lần 2

Phân loại

Đóng gói


Hình 2.1: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn GCC
GCC được sản xuất bằng cách nghiền quặng tự nhiên vì vậy có độ tinh khiết
và độ mịn kém nhưng có ưu điểm là giá rẻ và phổ biến.
- Bột canxicacbonat kết tủa (PCC)
Khí khói lò

Nước

Quá trình rửa

Quá trình tôi vôi

CO2

Khí khói lò

Ca(OH)2

Vôi

CaO

Phần thô

Quá trình kết tủa

Quá trình tinh chế

CaCO3


Hình 2.2: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn PCC

10

PCC


PCC hoàn toàn là sản phẩm tổng hợp. PCC được sản xuất công nghiệp bằng
cách nghiền, phân hủy CaCO3 tự nhiên tạo ra CaO, sau đó xút hóa CaO tạo
Ca(OH)2 sau đó cho kết tủa tạo CaCO3 tinh khiết bằng khí CO2.
PCC có độ mịn, độ trắng và độ tinh khiết cao hơn hẳn GCC, nhưng giá thành
cao nên chỉ được dùng khi sản xuất các loại giấy có độ trắng cao.
 Ưu nhược điểm của PCC và GCC:
- Ưu điểm:
Dễ tìm (phổ biến), giá thành rẻ, độ trắng cao, cho giấy có độ đục cao, bảo lưu
tốt, giấy lâu bị hồi màu.
- Nhược điểm:
Khả năng thoát nước thấp, giấy xốp. CaCO3 chỉ được dùng trong môi trường
bazơ (kiềm) không dùng trong môi trường axit vì trong môi trường axit CaCO3 bị
phân hủy tạo khí CO2 gây sủi bọt ảnh hưởng xấu đến tính chất và cấu trúc của giấy,
đặc biệt là các tính chất bề mặt vì khi băng giấy trong quá trình hình thành còn ướt
nếu có không khí thoát ra sẽ phá hủy bề mặt giấy.
 So sánh PCC và GCC:
PCC so với GCC nhiều ưu điểm hơn: Độ đục, độ trắng, bảo lưu cao hơn
nhưng khả năng thoát nước thấp hơn và giá thành cao hơn.
 Mục đích sử dụng:
Chất độn CaCO3 được dùng với mục đích là tạo ra lợi ích kinh tế lớn, tăng độ
đục và độ trắng cho giấy, giảm độ biến dạng ẩm của giấy.
Tuy nhiên, vì các hạt chất độn không có khả năng liên kết với xơ sợi nên làm

giảm độ bền cơ lý của giấy, ngoài ra hàm lượng chất độn cao sẽ làm tăng độ nhám
bề mặt của giấy, vì vậy mức dùng tối đa tại nhà máy là :25%.
2.2

Khái niệm về các tính chất quang học

2.2.1 Các khái niệm
2.2.1.1

Độ trắng của giấy:

11


Được biểu thị bằng tỉ số giữa cường độ tia phản xạ so với tia tới, cường độ tia
phản xạ càng cao thì độ trắng của giấy càng cao. Độ trắng là tính chất quan trọng
của giấy in, giấy viết, giấy văn phòng.
2.2.1.2
Độ thấu sáng của giấy
Là khả năng cho ánh sáng đi qua. Được xác định bằng cường độ của tia khúc
xạ khi ánh sáng đi qua tấm giấy. Tia khúc xạ càng lớn thì độ thấu sáng của giấy
càng lớn.
2.2.1.3
Độ trong suốt của giấy
Là khả năng nhìn thấy được hình ảnh đặt ở bên mặt kia của tấm giấy, và được
xác định bằng sự đồng nhất về hướng của tia khúc xạ.
2.2.1.4
Độ đục của giấy
Là khả năng từ phía bên này của tấm giấy không nhìn thấy được hình ảnh đặt
ở bên kia của tấm giấy. Độ đục là tính chất rất quan trọng của các loại giấy in, giấy

viết, giấy photocopy….
Độ đục của giấy phụ thuộc vào loại bột dùng để sản xuất giấy, độ nghiền, sự
có mặt của các chất màu, chất độn và đặc điểm bề mặt giấy
Những loại bột giấy có độ đục cao nhất là bột cơ, bột hóa từ gỗ lá rộng, bột từ
rơm rạ. Nguyên nhân là trong các loại bột này, thành phần các chất không phải là
xenlulo cao, xơ sợi ngắn, do vậy làm tăng sự không đồng nhất về hướng của tia
khúc xạ và tăng độ đục của giấy.
2.2.2 Ảnh hưởng của chất độn đến các tính chất quang học của giấy
Chất độn là những chất bột trắng vô cơ như cao lanh, bột đá vôi, bột thạch cao,
bột talc…có tác dụng làm tăng cho giấy độ đục, độ trắng, lấp đầy những khoảng hở
giữa các xơ sợi bột giấy và làm giảm giá thành sản phẩm giấy.
Tính chất quang học (độ trắng, màu, độ tán xạ ánh sáng, độ bóng) liên quan rất
nhiều đến thành phần hóa học, chỉ số khúc xạ, sự phân bố kích thước và hình dạng
của hạt độn. Hiệu quả tạo độ đục phụ thuộc khả năng tán xạ ánh sáng của chất độn.
Chỉ số khúc xạ là một tính chất cơ bản của chất độn. Chỉ số khúc xạ của chất độn
càng lớn, lượng ánh sáng khúc xạ làm tăng độ đục của giấy có chất độn càng lớn.

12


Chất độn ở tỷ lệ lý tưởng nó sẽ mang lại những tính chất như: phản xạ lại
100% ánh sáng ở tất cả các bước sóng nhìn thấy, nghĩa là độ trắng đạt 100%. Hệ số
khúc xạ của giấy phải cao để nó đảm bảo tăng được tối đa độ đục cho giấy, nhất là
khi sử dụng nó trong giấy mỏng. Trong thực tế không có loại chất độn nào thỏa mãn
được các yêu cầu về chất độn lý tưởng trên. Cho nên khi sản xuất ta phải chọn lựa
loại chất độn cho thích hợp sao cho đảm bảo yêu cầu về độ trắng, độ đục của từng
loại giấy, tùy theo thị trường và tùy theo môi trường của dòng bột khi xeo.
Các hóa chất thường sử dụng làm chất độn trong ngành giấy là:
- Cao lanh (đất sét): thành phần hóa học gồm Al2O3.SiO2 ngậm nước; giá
thành thấp, dễ kiếm, độ trơ cao. Đây là loại chất độn đa trị cho nhiều loại giấy. Cỡ

hạt và độ trắng cũng thay đổi ở nhiều mức khác nhau. Nhược điểm duy nhất của cao
lanh là độ trắng không cao (chỉ khoảng 80 – 90o ISO).
- Canxi carbonate CaCO3 (bột đá vôi): giá thành thấp dễ kiếm, độ trắng cao
(khoảng trên 93o ISO). Đây là ưu điểm nổi bật so với cao lanh.
- Dioxit Titan (TiO2): là chất độn có độ trắng cao nhất (khoảng 93o ISO), cho
giấy có độ đục cao nhất, kích thước hạt mịn nên độ bảo lưu cao nhất. Tuy nhiên giá
rất đắt nên hạn chế sử dụng.
Ngoài ra, trong ngành công nghiệp giấy của Phần Lan, người ta sử dụng thành
công một loại chất độn tổng hợp với những mã số khác nhau có tên gọi là Seolecx.
Loại chất độn này có thể sử dụng độc lập hoặc sử dụng kèm với các loại chất độn
khác hoặc để tráng phủ bề mặt giấy. Seolecx mang những đặc điểm khác biệt là: độ
trắng cao (97 – 99%), diện tích riêng bề mặt lớn (40m2/g), kích thước hạt rất nhỏ,
tác dụng làm tăng độ đục của giấy nằm ở khoảng giữa TiO2 và cao lanh.
Chất độn được sử dụng để nâng cao độ trắng của giấy vì hệ số tán xạ ánh sáng
của chất độn cao hơn so với sợi. Tuy nhiên, ngày nay một vài loại bột hóa có thể
được sản xuất có độ trắng cao ngang với chất độn và một vài loại bột cơ có cùng
ảnh hưởng tán xạ ánh sáng như chất độn truyền thống.
Bột hóa đã tẩy trắng được sử dụng trong sản xuất giấy cao cấp ngày nay có độ
trắng ISO khoảng 86%. Nhiều hơn nữa các loại giấy cao cấp bây giờ được làm ở pH

13