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 HỆ BẢO LƯU ĐẾN
SỰ BẢO LƯU CHẤT ĐỘN VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ
CỦA TỜ GIẤY

Họ và tên: LÝ THỊ QUỲNH TRANG
Ngành: CÔNG NGHỆ GIẤY VÀ BỘT GIẤY
Niên khóa: 2004-2008

Tháng 12/2008


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ HỆ BẢO LƯU
ĐẾN SỰ BẢO LƯU CHẤT ĐỘN VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ
CỦA TỜ GIẤY

Tác giả

LÝ THỊ QUỲNH TRANG

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

Giáo viên hướng dẫn:
Thạc sĩ LÊ TIỂU ANH THƯ

Tháng 12 năm 2008

i


LỜI CẢM TẠ
Lời đầu tiên tôi xin gửi lòng biết ơn vô hạn đến các thành viên trong gia đình, những
người đã nuôi dưỡng, dạy dỗ, ủng hộ tôi cho đến ngày hôm nay.
Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo khoa Lâm nghiệp
trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM, những người đã truyền dạy cho tôi những kiến thức
bổ ích và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nhất khóa học này.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Lê Tiểu Anh Thư, người đã
động viên và hướng dẫn chỉ bảo tôi tận tâm trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ quản lý phòng thí nghiệm Bột giấy
trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM đã thông cảm và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
chúng tôi trong khả năng có thể.
Và cũng xin cảm ơn các bạn bè lớp DH04GB, những người đã đóng góp ý kiến để
tôi có thể hoàn thiện luận văn của mình.
Một lần nữa tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả mọi người.

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng của một số hệ bảo lưu đến hiệu quả sử dụng chất độn
và tính chất cơ lý của tờ giấy” được tiến hành tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ
giấy và sản xuất bột giấy thuộc trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM, thời gian từ 10/2008
đến 12/2008.
Đề tài được thực hiện dựa trên ba thí nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của việc không sử

dụng chất bảo lưu, của hệ bảo lưu một thành phần và của hệ bảo lưu nhiều thành phần đến
độ bảo lưu chất độn và tính chất cơ lý của tờ giấy. Kết quả thí nghiệm thể hiện rằng việc
sử dụng chất bảo lưu mang đến hiệu quả cao trong việc bảo lưu chất độn: độ bảo lưu khi
không sử dụng chất bảo lưu là 13,54%, khi sử dụng hệ một thành phần là 32,31%, khi sử
dụng hệ vi hạt tăng lên cao nhất là 65,92%. Bên cạnh đó, kết quả cũng cho thấy việc sử
dụng chất bảo lưu làm giảm độ bền cơ lý của giấy: độ bền kéo của mẫu thí nghiệm giảm
lần lượt từ 2,83 kN/m đến 2,28 kN/m và từ 2,28 kN/m đến 2,13 kN/m; độ bền gấp của
mẫu thí nghiệm giảm lần lượt từ 243 (lần gấp) đến 125 và từ 125 đến 103 (lần gấp).

iii


MỤC LỤC
Trang tựa......................................................................................................................... i
Lời cảm tạ ...................................................................................................................... ii
Tóm tắt.......................................................................................................................... iii
Mục lục ......................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt ............................................................................................ vi
Danh sách các hình và biểu đồ .................................................................................... vii
Danh sách các bảng .................................................................................................... viii
Chương 1. MỞ ĐẦU.................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................... 1
1.2. Mục đích đề tài ....................................................................................................... 2
1.3. Giới hạn đề tài ........................................................................................................ 2
Chương 2. TỔNG QUAN............................................................................................ 3
2.1. Cấu trúc và tính chất cơ lý của tờ giấy ................................................................... 3
2.1.1. Cấu trúc của giấy ................................................................................................. 3
2.1.2. Độ bền cơ lý của giấy. ......................................................................................... 4
2.2. Sử dụng chất độn trong sản xuất giấy .................................................................... 5
2.2.1. Mục đích sử dụng chất độn ................................................................................. 5

2.2.2. Tính chất của chất độn......................................................................................... 5
2.2.3. Một số loại chất độn thường sử dụng .................................................................. 6
2.2.4. Ảnh hưởng của chất độn lên tính chất cơ lý của tờ giấy ..................................... 9
2.3. Quá trình bảo lưu trên lưới xeo ............................................................................ 10
2.3.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 10
2.3.2. Cơ chế hoạt động của chất bảo lưu.................................................................... 11
2.3.3. Các hệ bảo lưu ................................................................................................... 13
2.3.4. Ý nghĩa của việc chất trợ bảo lưu...................................................................... 18
Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 20

iv


3.1. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm............................................................................. 20
3.1.1. Hóa chất sử dụng thí nghiệm............................................................................. 20
3.1.2. Thiết bị sử dụng thí nghiệm............................................................................... 23
3.2. Nội dung thí nghiệm............................................................................................. 25
3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm................................................................................................ 25
3.2.2. Thuyết minh sơ đồ thí nghiệm........................................................................... 25
3.3. Phương pháp thí nghiệm....................................................................................... 27
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................. 31
4.1. Ảnh hưởng của các hệ bảo lưu khác nhau đến độ bảo lưu chất độn. ................... 31
4.2. Ảnh hưởng của các hệ bảo lưu khác nhau đến độ bền cơ lý của giấy.................. 32
4.2.1. Ảnh hưởng đến độ bền kéo................................................................................ 32
4.2.2. Ảnh hưởng đến độ bền gấp................................................................................ 34
4.3. So sánh kết quả thu được .......................................................................................... 35
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................... 38
5.1. Kết luận................................................................................................................. 38
5.2. Đề nghị ................................................................................................................. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 39

PHỤ LỤC .................................................................................................................... 40

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PCC

Precipitated calcium carbonate

GCC

Ground calcium carbonate

CC

Calcium carbonate

XS

Xơ sợi

CTMP

Chemithermomechanical pulp

POLY-DACMAC

Polydiallyl- Dimethyl ammonium chloride


C-PAM

Cationic Polyacryamide

PAM

Polyacryamide

A-PAM

Anionic Polyacryamide

HMW

High Mass Weight

LMW

Low Mass Weight

PA

Polyamine

PEI

Polyetyleneimin

SCAN


Scadinavian Pulp, Paper and Board Testing Commitee

TAPPI

Technical Association of Pulp and Paper Industry

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Cấu trúc của cao lanh
Hình 2.2: Biểu đồ thể hiện lượng chất độn tiêu thụ năm 1998
Hình 2.3: Hình ảnh của canxi carbonate kết tủa (PCC)
Hình 2.4: Cấu trúc phân tử bột talc
Hình 2.5: Cấu trúc cắt lớp của hạt bột talc với độ dày 10nm
Hình 2.6: Minh họa cho cơ chế keo tụ kiểu miếng vá.
Hình 2.7: Hình minh họa cơ chế keo tụ kiểu bắc cầu
Hình 2.8: Hệ keo tụ đôi
Hình 2.9: Hệ bảo lưu vi hạt với các phần tử kích thước nhỏ
Hình 2.10: Sơ đồ minh họa hệ thống keo tụ mạng lưới
Hình 3.1: Sơ đồ khối tiến trình thí nghiệm tổng quát

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Kích thước của các thành phần trong huyền phù bột giấy
Bảng 3.1: Một số đặc tính của GCC (nguồn: nhà máy Bình An)
Bảng 3.2: Một số đặc tính của tinh bột cation TAP-GD (nguồn: nhà máy Bình An)
Bảng 3.3: Một số đặc tính của colloidal silica sol (nguồn: Eka chemical)

Bảng 3.4: Một số đặc tính của PL 1510 (nguồn: Eka chemical)
Bảng 3.5: Các đặc tính của Win floc 1511. (nguồn: Ashland, Đức)
Bảng 3.6: Bảng mô tả các thí nghiệm
Bảng 4.4: Bảng thống kê giá trị tương đối của tính chất

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề.
Nhu cầu sử dụng giấy là một trong những nhu cầu cơ bản trong hoạt động xã hội của
con người và khi nhu cầu xã hội gia tăng thì nhu cầu về giấy cũng tăng theo. Theo Hiệp
hội giấy Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ giấy ở Việt Nam rất lớn trong vòng 10-15 năm tới
(hiện nay mức tiêu thụ giấy trên đầu người tại Việt Nam mới chỉ ở mức khoảng 10 kg,
quá thấp so với 32 kg/người ở châu Á và 50-60kg/người ở châu Âu).
Thế nhưng, hiện nay, trình độ công nghệ của ngành giấy Việt Nam hiện đang ở
mức dưới trung bình của thế giới. Đa số các dây chuyền sản xuất giấy của Tổng công ty
giấy Việt Nam đều đã quá cũ, Công ty giấy Tân Mai và Bãi Bằng có thiết bị với quy mô
lớn nhất Việt Nam nhưng cũng là thiết bị thuộc thế hệ những năm 1970-1980, không thể
tiếp tục đáp ứng nhu cầu sử dụng giấy ngày một tăng của xã hội. Thực tế cho thấy: máy
xeo lớn nhất của ta có công suất 50.000 tấn/năm, chiều rộng lưới là 4,15m, tốc độ 600700 m/phút. Còn ở Trung Quốc là 800.000 tấn /năm, chiều rộng 10,4m và tốc độ 2.000
m/phút.
Với tốc độ ngày càng tăng của nhu cầu sử dụng giấy, việc cải tiến và đổi mới công
nghệ, nâng cao sản lượng và chất lượng giấy là nhiệm vụ hiển nhiên của ngành. Hiện nay
các dự án lớn đã và đang bắt đầu những bước khởi công đầu tiên, và trong tương lai sẽ
còn tiếp tục. Vấn đề đặt ra song song với việc đầu tư và nâng cao sản lượng đó là giảm
tránh tình trạng đứt giấy trên những máy xeo tốc độ cao, gây khó khăn và mất hiệu quả
cho qui trình sản xuất cũng như giảm tránh tình trạng thất thoát thành phần mịn trên lưới
xeo, gây lãng phí hóa chất và gây ô nhiễm môi trường. Và giải pháp cho vấn đề này chính

là việc sử dụng hiệu quả chất trợ bảo lưu, góp phần quan trọng trong việc giữ lại các

1


thành phần mịn, độn, keo…trên đệm lưới, nâng cao lợi ích kinh tế, giảm thiểu tình trạng
lãng phí hóa chất, giảm chi phí xử lý nước trắng…
Tuy nhiên, việc sử dụng chất độn cũng gây một số bất lợi cho tính chất cơ lý của tờ
giấy, giảm độ bền liên kết giữa các thành phần trong băng giấy. Vậy chọn và sử dụng hệ
bảo lưu nào để đáp ứng được cả hai yêu cầu:
 Bảo lưu hiệu quả các thành phần mịn (xơ sợi mịn, các hạt độn, ..) trong thành phần
bột giấy ở một mức độ thích hợp để giảm chi phí trong sản xuất.
 Tạo các liên kết bền vững giữa các thành phần bột giấy, từ đó mang đến cho tờ giấy
một tính chất cơ lý tốt nhằm tăng khả năng và hiệu quả chạy của máy, nâng cao năng suất
máy xeo.
Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh
hưởng của các hệ bảo lưu khác nhau đến tính chất cơ lý và hiệu quả sử dụng chất độn của
giấy in”.
1.2. Mục đích đề tài
Mục đích của đề tài là sử dụng các hệ bảo lưu có cơ chế khác nhau để sản xuất cùng
một loại giấy in có định lượng 80g/m2, từ đó xác định hiệu quả bảo lưu chất độn và so
sánh ảnh hưởng của chúng đến tính chất cơ lý của tờ giấy.
1.3. Giới hạn đề tài
Để đánh giá bao quát và sâu sắc hơn, ta phải tiến hành thí nghiệm với tất cả các hệ
bảo lưu theo các cơ chế khác nhau. Tuy nhiên, thời gian thực hiện đề tài có giới hạn và
điều kiện thí nghiệm còn gặp nhiều khó khăn nên đề tài chỉ tập trung thí nghiệm với ba
trường hợp tổng quát là: không sử dụng chất trợ bảo lưu, sử dụng hệ bảo lưu một thành
phần với hệ cụ thể theo cơ chế keo tụ “bắc cầu” và sử dụng hệ bảo lưu nhiều thành phần
với hệ cụ thể là hệ vi hạt.


2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Cấu trúc và tính chất cơ lý của tờ giấy
2.1.1. Cấu trúc của giấy
Theo Cao Thị Nhung (2003), giấy có cấu trúc là một hệ dị thể và phức tạp. Thành
phần chính của giấy là xơ sợi cùng với sự kết hợp của các sợi ngắn, sợi dài, các hạt chất
độn, chất keo, chất màu..v..v..
Sự phân bố của các thành phần trên không theo một thứ tự nhất định nào, ta gọi là
sự phân bố dị hướng. Và sự phân bố này phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp xeo. Sự
phân bố của các xơ sợi trong tấm giấy chủ yếu là theo hướng song song với bề mặt tấm
giấy, chỉ một lượng rất nhỏ các xơ sợi nằm xiên một góc so với bề mặt tấm giấy làm tăng
sự liên kết giữa các lớp của tấm giấy.
Mật độ của các thành phần mịn, các hạt mịn trong tấm giấy theo chiều dày là không
đồng nhất: mật độ các hạt cao hơn ở phần tấm giấy nằm sát lưới xeo do kết quả của sự
thoát nước. Điều này góp phần hình thành tính hai mặt của tờ giấy.
Cấu trúc bên trong của tờ giấy là cấu trúc mao dẫn, bao gồm rất nhiều lỗ hổng với
kích thước nhỏ hình thành bởi sự hổng khi các xơ sợi và các thành phần khác sắp xếp với
nhau. Nhờ cấu trúc này, giấy có khả năng thấu khí, hút nước và hút ẩm, do đó giấy có độ
ẩm thay đổi tùy theo độ ẩm môi trường.
Trong tờ giấy, các xơ sợi và các thành phần khác tiếp xúc, liên kết với nhau và tác
động qua lại lẫn nhau, chính các liên kết này giữ cho giấy là một hệ bền vững và tạo ra
tính chất cơ lý cho tờ giấy. Lớp liên kết vô định hình giữa xơ sợi được tạo nên bởi những
phần xơ sợi tơi hoặc bởi chuỗi cellulose. Hạt mịn và phần tơi làm tăng những liên kết ở
mép và lớp bao phủ, tăng cường liên kết giữa các xơ sợi.

3



Một số loại liên kết cơ bản giữa xơ sợi [6]:
 Liên kết hóa học giữa các phân tử cellulose và axit- bazơ giữa chúng
 Liên kết phân tử Van de Vaals
 Liên kết tương tác giữa các chuỗi polymer
 Liên kết giữa bản thân các xơ sợi (xảy ra khi các xơ sợi nằm gần nhau để tạo liên kết
hóa học, liên kết Van de Vaals hay liên kết phân tử)
Độ bền cơ lý phụ thuộc chủ yếu vào lực liên kết giữa các thành phần trong tấm giấy
với chủ yếu là 3 loại lực liên kết: lực Van de Vaals, lực ma sát và lực liên kết hydro.
Ngoài ra độ bền cơ lý cũng phụ thuộc vào bản thân xơ sợi, vào độ bền và tính chất của
chính bản thân xơ sợi [1]
2.1.2. Độ bền cơ lý của giấy.
Độ bền cơ lý của giấy gần như là một tính chất quan trọng nhất của giấy, biểu thị
khả năng của giấy chịu đựng các lực tác dụng từ bên ngoài [1]. Các chỉ tiêu cơ bản của
giấy in gồm: Độ bền kéo, độ bền gấp, độ bền xé, độ chịu giãn, độ Cobb..
 Độ bền kéo: là khả năng chịu lực kéo đến trước lúc giấy bị đứt. Độ chịu kéo được đo
bằng đơn vị lực(N) hoặc đơn vị chiều dài (m hoặc km).
 Độ bền gấp:được đo bằng số lần gấp qua gấp lại mà tờ giấy chịu được cho tới trước
khi nó bị gãy đôi tại nếp gấp.
 Độ bền xé: được đo bằng lực cần thiết để xé đôi một mẫu giấy có kích thước tiêu
chuẩn.
 Độ chịu giãn: được đo bằng chiều dài giãn thêm của một băng giấy có kích thước
tiêu chuẩn trước khi bị đứt
Yêu cầu về độ bền cơ lý của giấy tùy thuộc vào từng loại giấy: có những loại giấy
cần độ bền cơ lý rất cao như giấy bao gói hoặc giấy xi-măng để chịu được các lực kéo, xé
và va đập trong quá trình vận chuyển và sử dụng, một số loại giấy cần độ bền cơ lý vừa
phải như giấy in va giấy in báo để giấy không bị đứt trong quá trình in trên máy in với
vận tốc cao, và có loại giấy chỉ cần độ bền cơ lý rất thấp như giấy vệ sinh…
Độ bền cơ lý chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ bền bản thân xơ sợi bột giấy,
sự có mặt của các chất phụ gia như chất độn, keo chống thấm, chất bảo lưu..v..v.. Ngoài


4


ra, độ bền cơ lý còn chịu ảnh hưởng bởi những điều kiện công nghệ trong quá trình sản
xuất giấy và bột giấy như nấu bột, nghiền bột, thời gian và nồng độ bảo quản bột trước
khi xeo [1]
2.2. Sử dụng chất độn trong sản xuất giấy
2.2.1. Mục đích sử dụng chất độn
Chất độn sử dụng trong ngành giấy là loại bột màu trắng, hạt mịn; thường được sản
xuất từ các loại khoáng sản thiên nhiên hoặc được tổng hợp từ các nguyên liệu khác nhau
[3]. Hầu hết các loại giấy in và giấy viết đều sử dụng chất độn với hai mục đích chính như
sau:
 Chất độn có kích thước hạt mịn nên có thể lấp vào chỗ trống giữa các xơ sợi tạo sự
trơn mịn cho bề mặt giấy cũng như cải thiện sự đều đặn trên tấm giấy, cải thiện tính năng
in, độ đục và độ bóng. Ngoài ra chất độn thường có độ trắng cao hơn xơ sợi, từ đó cũng
góp phần cải thiện độ trắng- một tính chất quan trọng cho giấy in, giấy viết.
 Hầu hết các loại chất độn đều rẻ hơn xơ sợi, vì vậy khi sử dụng chất độn sẽ giảm
được một khoản lớn chi phí sản xuất. Đó là ý nghĩa về mặt kinh tế khi sử dụng chất độn
cho sản xuất giấy.
2.2.2. Tính chất của chất độn
Khi sử dụng chất độn phối trộn vào thành phần của giấy, một số tính chất quan trọng
cần quan tâm là:
 Tính chất quang học: gồm có độ trắng, màu, độ tán xạ ánh sáng, độ bóng…Tính
quang học liên quan rất nhiều đến thành phần hóa học, chỉ số khúc xạ, sự phân bố kích
thước và hình dạng của chất độn.
 Hình dạng và kích thước hạt: Chất độn có sự phân bố kích thước hạt và hình dạng
của hạt cũng khác nhau, ví dụ hình que, hình dĩa, hình cầu…có kích thước từ khoảng 0,110µm. Hình dạng và kích thước hạt là yếu tố liên quan đến độ bóng, độ bền của giấy và
tính chất in.
 Diện tích bề mặt riêng: diện tích bề mặt riêng bao gồm tổng bề mặt bao gồm cả

những lỗ xốp trên giấy. Diện tích này liên quan đến kích thước hạt, sự phân bố kích thước

5


và hình dạng hạt chất độn. Diện tích bề mặt riêng là yếu tố quan trọng đối với sự tán xạ
ánh sáng, sự tiêu thụ hóa chất phụ gia và đặc tính in của giấy.
 Tính mài mòn: là một tính chất quan trọng của chất độn. Chất độn gây ra sự mài
mòn đối với một số bộ phận của máy xeo và trục in. Khả năng mài mòn của chất độn liên
quan đến độ cứng hạt, kích thước và hình dạng hạt.
Ngoài ra còn một số tính chất khác cần quan tâm như tính tan, pH, năng lượng bề mặt…
2.2.3. Một số loại chất độn thường sử dụng
a. Đất sét
Theo Nguyễn Thị Ngọc Bích (2003), thành phần khoáng chủ yếu trong đất sét là cao
lanh. Công thức hóa học của cao lanh: Al4Si4O10(OH)8. Cao lanh có cấu trúc hai lớp, một
lớp tứ diện silica và một lớp bát diện alumina, được liên kết với nhau bằng nguyên tử oxy.
Tuy nhiên trong thực tế, cấu trúc cao lanh còn bị xáo trộn bởi sự thế của ion nhôm bằng
những ion khác, làm cho cao lanh có khả năng trao đổi với một số ion.

Hình 2.1: Cấu trúc của cao lanh.[5]
Đất sét có cỡ hạt và độ trắng thay đổi trong một khoảng rộng với nhiều mức khác
nhau (0.3-5µm), nên đất sét là loại chất độn có thể sử dụng cho nhiều loại giấy, trong
công nghệ xeo ở môi trường axit.

6


Hình 2.2: Biểu đồ thể hiện lượng chất độn tiêu thụ năm 1998
(toàn thế giới: 13,6 triệu tấn/năm) [5]
b. Canxi carbonate (CC)

Canxi carbonate là loại chất độn có giá thành rẻ mà độ trắng lại tương đối cao, thích
hợp sử dụng trong phương pháp xeo kiềm tính. CC gồm hai loại chính:
 Canxi carbonate nghiền (GCC): đây là một sản phẩm thiên nhiên được làm bằng
cách nghiền limestone, chủ yếu từ đá phấn, đá vôi và đá hoa. GCC có kích thước hạt nhỏ
hơn 2µm trong khoảng 40%-98% và độ trắng khoảng 80 – 96oISO (theo TAPPI Test
Method T452) (Papermaking chemistry, book 4). GCC thường được sử dụng vì những lợi
ích: độ trắng cao, tiết kiệm năng lượng, tính năng in tốt,…
 Canxi carbonate kết tủa (PCC): đây là một sản phẩm hoàn toàn tổng hợp với nguyên
liệu ban đầu thường là đá vôi nghiền nát. PCC có các tính chất khác đáng kể so với GCC
và thường được dùng để cải thiện chất lượng giấy bằng cách biến đổi tính chất vô cơ đặc
trưng (cấu trúc tinh thể, kích thước, hình dạng…). Những lợi ích mang lại khi sử dụng
PCC làm chất độn cho giấy là: độ trắng quang học cao, độ đục cao, có độ bao phủ xơ sợi
tốt, cải thiện tính năng in, và ít có khuynh hướng phồng giộp lên…Khác với nhiều loại
chất độn khác, bề mặt PCC có điện tích cationic

7


Hình 2.3: Hình ảnh của canxi carbonate kết tủa (PCC) [5]
c. Bột talc
Đây là một loại khoáng silica khá phổ biến. Thành phần hóa học của bột talc là
silicate magie ngậm nước (MgO.SiO3.nH2O).

Hình 2.4: Cấu trúc phân tử bột talc [5]

8


Bột talc được sản xuất bằng cách nghiền quặng talc, sau đó tuyển nổi và phân loại theo
kích thước hạt.

Bột talc có độ trắng từ 80-88oISO.
Bột talc có đặc điểm nổi bật là mềm nhất, kỵ nước nhất trong số những chất độn được
sử dụng trong ngành giấy. Do đó được sử dụng làm chất hấp thụ các tạp chất kỵ nước hạt
nhựa cây lẫn lộn trong bột trong quá trình sản xuất giấy [3]

Hình 2.5: Cấu trúc cắt lớp của hạt bột talc với độ dày 10nm [5]
2.2.4. Ảnh hưởng của chất độn lên tính chất cơ lý của tờ giấy
Việc sử dụng chất độn đều có mặt thuận lợi và bất lợi cho tính chất giấy. Chất độn
có tỉ trọng và độ cứng cao, tính chất quang học tốt hơn so với xơ sợi nhưng chúng không
đủ khả năng hình thành các liên kết hydro làm giảm liên kết trong tấm giấy, gây ảnh
hưởng đến tính chất giấy.[3]
Độ bền của giấy phụ thuộc vào liên kết giữa các sợi, khi đưa các hạt chất độn vào
cấu trúc tờ giấy, độ bền này sẽ bị giảm vì chất độn không có khả năng hình thành liên kết
với xơ sợi. Ngoài ra, độ chịu lực của giấy giảm còn do những ứng suất hình thành trong

9


cấu trúc các lỗ và các chỗ rạn.. So sánh giấy có cùng định lượng, khi sợi được thay bằng
chất độn, độ chịu lực của tấm giấy sẽ giảm vì sẽ có ít sợi hơn trong một đơn vị thể tích
mạng và độ chịu lực lại càng giảm khi hạt chất độn càng mịn, và giảm nhiều khi chất độn
ở dạng khối hơn là dạng phẳng.
Độ bền kéo của giấy giảm khi tăng hàm lượng chất độn và giảm kích thước hạt chất
độn trong các loại giấy in.
Độ bền xé phụ thuộc vào độ liên kết xơ sợi trong tờ giấy, và ít nhậy đối với hàm
lượng độn hơn độ bền kéo.
Độ cứng của tờ giấy sẽ giảm ít khi sử dụng bột độn thô so với khi sử dụng bột độn
mịn, và cũng sẽ giảm ít nếu sử dụng hạt hình khối so với sử dụng hạt dạng phẳng.
2.3. Quá trình bảo lưu trên lưới xeo
2.3.1. Định nghĩa

Sự bảo lưu là sự giữ lại các hạt mịn như: các xơ sợi mịn, các hạt chất độn, các hạt
keo chống thấm trên tấm giấy trong quá trình thoát nước của huyền phù bột khi đi qua bộ
phận lưới của máy xeo.
Chất bảo lưu là chất khi gia vào bột giấy có khả năng làm tăng độ bảo lưu của hạt
mịn trong tấm giấy [3]
Độ bảo lưu được biểu thị bằng tỉ lệ % về khối lượng của những hạt mịn giữ lại trong
giấy đối với tổng số khối lượng những hạt mịn này có trong dòng bột trước khi lên máy
xeo. Độ bảo lưu càng cao thì quá trình xeo đó càng hoàn thiện vì giữ lại được càng nhiều
những chất phụ gia cần dùng trong quá trình xeo, làm cho nước thoát ra từ máy xeo càng
trong, như vậy dẫn tới chất lượng giấy được nâng cao, tiết kiệm hóa chất và giảm thiểu
việc gây ô nhiễm môi trường. Độ bảo lưu thường được tính riêng cho một thành phần mịn
nào đó như độ bảo lưu chất độn, độ bảo lưu keo chống thấm hoặc độ bảo lưu của tinh
bột…

10


2.3.2. Cơ chế hoạt động của chất bảo lưu.
Các hạt mịn được giữ lại trên giấy theo hai cơ chế:
a. Cơ chế cơ học: đó là sự bắt bẫy cơ học. Cơ chế bắt bẫy cơ học chỉ xảy ra khi lớp đệm
sợi trên lưới xeo đã đạt được một độ dày nhất định nào đó, khi đó các phần tử mịn sẽ
được giữ lại ở những khe hở trong cấu trúc của lớp đệm sợi [3]
b. Cơ chế hóa học: đó là sự tương tác giữa các hạt keo (sử dụng hóa chất bảo lưu)
Khi kích thước của hạt càng lớn thì sự bảo lưu theo cơ chế cơ học càng tăng trong
khi sự bảo lưu theo cơ chế hóa học (sự hấp phụ) càng giảm.
Bảng 2.1: Kích thước của các thành phần trong huyền phù bột giấy
STT

Các thành phần trong bột


Kích thước hạt

Diện tích bề mặt riêng

(µm)

(m2/g)

1

Xơ sợi

75-3500

1-2

2

Sợi mịn

1-75

8-20

3

TiO2

0,2-0,5


10-20

4

Cao lanh

0,3-5

8-12

5

CaCO3 nghiền

0.7-2

6-10

6

CaCO3 kết tủa

0,2-1

6-10

Quan sát kích thước của các thành phần từ bảng trên, ta thấy chỉ có xơ sợi có kích
thước lớn nên dễ dàng được giữ lại trên đệm sợi theo cơ chế bắt bẫy cơ học. Còn lại các
thành phần xơ sợi mịn và các hạt chất độn thì phải được liên kết để giữ lại qua phương
pháp keo tụ bằng cách sử dụng chất bảo lưu theo các cơ chế keo tụ cụ thể sau:

 Keo tụ bằng trung hòa điện tích:
Sự keo tụ được hình thành do sự giảm điện tích bề mặt và kích thước của lớp điện
tích kép.
Ở điều kiện nhất định lớp điện tích kép có một chiều dày nào đó. Khi chất điện ly
được cho vào huyền phù sẽ làm giảm bề dày lớp điện tích kép. Các ion trái dấu cho thêm
vào làm giảm thế năng bề mặt do vậy cũng làm giảm thế năng tương tác. Các hạt lúc này
có thể tiến lại gần nhau hơn và gây ra sự keo tụ. Sự keo tụ theo cách này có thể cho là sự

11


trung hòa điện tích, các ion trái dấu làm thay đổi thế năng đến giá trị bằng không [3].
Nhưng nếu thêm chất keo tụ trên cả điểm trung hòa thì hệ keo tụ này sẽ bị phá vỡ.
Đặc điểm của hệ keo tụ này là yếu, dễ bị phá vỡ.
Chất tạo keo tụ theo cơ chế này thường có khối lượng phân tử thấp và điện tích cao.
 Keo tụ kiểu “miếng vá”.
Các polyme cation khối lượng phân tử 105- 106 được trộn với những hạt điện tích
âm, phân tử polyme được hấp phụ hoàn toàn trên bề mặt các hạt và tạo nên những đốm vá
có điện tích dương. Phần mang điện tích dương này có thể tương tác với phần mang điện
tích âm của một hạt khác và dẫn đến sự keo tụ [3]
Sự trung hòa hoàn toàn điện tích sẽ không cần thiết cho một sự keo tụ tốt.
Cơ chế mảng khá nhạy cảm với sự khuấy trộn nhưng cũng dễ keo tụ trở lại nếu
ngưng khuấy trộn.
Keo tụ kiểu miếng vá sẽ tạo ra khối tủa mềm. Khối tủa mềm bảo lưu hạt mịn rất tốt
ở điều kiện khuấy đảo thấp. Khi hệ chịu tác dụng của lực chuyển dịch, các khối tủa bị phá
hủy nhưng các ion hay các polyme điện ly liên kết với bề mặt vẫn được duy trì ở chỗ cũ.
Khi ngưng tác dụng lực khuấy đảo, sự cô kết được tái lập lại với cùng mức độ cũ và ta lại
có cùng mức độ bảo lưu ban đầu [3]

Hình 2.6: Minh họa cho cơ chế keo tụ kiểu miếng vá.


12


 Keo tụ kiểu “bắc cầu”
Các polyme điện ly có khối lượng phân tử cao trên 106.
Các polyme được hấp phụ trên bề mặt hạt phân tán với sự tạo thành các nút mở rộng
về phía pha lỏng. Sự keo tụ kế đó xảy ra bằng sự hấp phụ của những nút này vào bề mặt
điện tích âm của hạt keo thứ hai [3]
Điện tích của polyme càng lớn thì liên kết càng lớn.
Keo tụ kiểu bắc cầu sẽ tạo ra khối tủa cứng, là loại tủa thể hiện khả năng bảo lưu tốt
trong một khoảng rộng của lực khuấy đảo (sự chảy rối, lực thủy động). Khi chịu tác dụng
của lực thủy động, bảo lưu sẽ bị giảm. Nhờ vậy hệ có bảo lưu đầu khá cao và khá bền
dưới tác động thủy lực. Tuy nhiên khi lực chuyển dịch gia tăng, cầu nối giữa hai bề mặt
hạt bị phá vỡ, trên các bề mặt lúc này vẫn còn giữ lại một phần mạch phân tử polyme và
nó sẽ keo tụ với những bề mặt mới. Nhưng lúc này sẽ thể hiện kiểu miếng vá và tạo ra
những khối tủa mềm.

Hình 2.7: Hình minh họa cơ chế keo tụ kiểu bắc cầu
2.3.3. Các hệ bảo lưu
2.3.3.1. Các hệ bảo lưu một thành phần
a. Hệ bảo lưu một thành phần với cơ chế trung hòa điện tích
Cơ chế bảo lưu: các hạt mịn (xơ sợi, các hạt keo, chất độn) mang điện tích âm được
trung hòa bởi điện tích dương của các hạt cation vô cơ hoặc các cation polyme mạch

13


ngắn. Sau đó các hạt mịn không đầy nhau hoặc không đầy ra khỏi bề mặt xơ sợi do tích
điện cùng dấu với nhau nữa, chúng có thể bám lên bề mặt xơ sợi nhờ lực hút tĩnh điện.

Các polymer sử dụng trong cơ chế này thường có khối lượng phân tử thấp và điện
tích lớn như:
 Polyvalent cation (polyaluminum…)
 Polyetilenimin
 Poly-DADMAC
 Polyamine
 Polyamidamine epichlorohydrine
b. Hệ bảo lưu một thành phần với cơ chế “miếng vá”.
Cơ chế bảo lưu: cơ chế này xảy ra do những phần có điện tích trái ngược hút nhau.
Do những phần tử này có mật độ điện tích ko đều nên sự hấp phụ lên chuỗi polymer là
thẳng. Vì thế cơ chế này khá nhạy cảm với sự khuấy đảo mạnh nhưng cũng dễ keo tụ trở
lại nếu ngừng việc khuấy.
Các polymer sử dụng trong cơ chế này có khối lượng phân tử thấp, mạch tương đối
ngắn và mật độ điện tích (+) cao, như:
 Polyetylenamin (PEI)
 Polyacryamin có khối lượng phân tử thấp (CPAM LMW)
 Polyamine (PA)
c. Hệ bảo lưu một thành phần với cơ chế “bắc cầu”
Cơ chế bảo lưu: các hạt chất độn mang điện tích âm bám lên các phân tử polymer
mang điện tích dương, sau đó phân tử polymer này bám lên xơ sợi. Phân tử polymer này
đủ dài để nối 2 hay nhiều xơ sợi với nhau, kết quả là tạo thành bông liên kết các hạt chất
độn, các khối keo tụ lớn và liên kết chặt chẽ với nhau. Mỗi khối keo tụ có khoảng 10
polymer liên kết với nhau. Điện tích polymer càng lớn thì liên kết càng lớn. Tuy nhiên,
các khối keo tụ này có khả năng bị phá vỡ khi gặp lực khuấy trộn mạnh và không thể trở
về như ban đầu nếu ngưng khuấy trộn. Dù vậy, liên kết dạng “miếng vá” sẽ được khôi
phục lại sau khi liên kết cầu nối bị phá vỡ [2]

14



Các polymer sử dụng cho cơ chế này có khối lượng phân tử lớn, mạch tương đối dài
và điện tích dương trung bình, như:
 Polyacryamide khối lượng phân tử lớn (PAM HMW)
 Polyetilenoxide
2.3.3.2. Các hệ bảo lưu hai hay nhiều thành phần:
a. Hệ bảo lưu hai thành phần theo cơ chế keo tụ đôi

Keo tụ đôi
Hệ hai thành phần

Chất điện ly điện tích
cao, khối lượng phân
tử thấp

Chất điện ly điện tích
thấp, khối lượng phân
tử cao

Hình 2.8: Hệ keo tụ đôi [4]
Cơ chế bảo lưu: cation polymer kết dính các hạt chất độn, keo chống thấm rồi bám
lên xơ sợi tạo thành đốm vá, làm giảm bề dày của lớp điện tích kép và làm điểm tựa cho
polyme anion. Các polyme anion liên kết với bề mặt sợi hoặc hạt mịn qua những miếng
vá này, nhưng phần còn lại của mạch polyme anion sẽ bị đẩy bởi những điện tích âm của
bề mặt sợi. Điều này làm cho các polyme anion đi vào môi trường nước và chúng sẽ dễ
dàng hấp phụ hơn vào các miếng vá mang điện tích dương trên những bề mặt khác. Như

15


vậy ở đây các polyme anion tương tác như một cầu nối giữ hai bề mặt lại với nhau. Các

khối tủa được tạo thành khá bền vững và thuộc loại tủa cứng [3]

Các polymer được sử dụng trong hệ này là:
 Cation polymer: tinh bột cation khối lượng phân tử thấp, cation polyacryamide khối
lượng phân tử thấp (C-PAM), polyetileneimine (PEI)
 Anion polymer khối lượng phân tử lớn: anionic polyacryamide (A-PAM HMW)
b. Hệ bảo lưu vi hạt
Cơ chế bảo lưu: đầu tiên polyme cation được cho vào keo tụ với xơ sợi và chất độn
theo cơ chế bắc cầu. Sau khi chịu tác dụng của lực chuyển dịch cơ học, khối keo tụ bị
phân tán hệ keo tụ bị phá vỡ. Sau đó hệ vi hạt anion được cho vào để keo tụ các thành
phần keo tụ vừa mới bị phá vỡ để tạo thành những bông tủa bền, chặt và nhỏ hơn hẳn so
với các bông kết tụ trong hệ bảo lưu hai polymer, nên chúng dễ phân tán hơn và do đó tờ
giấy được phân bố đồng đều hơn.[4]
Các polymer sử dụng trong hệ vi hạt:
 Các chất keo tụ: tinh bột cation, cation polyacryamide (C-PAM), được gia vào nơi
có sự khuấy trộn mạnh (trước khi vào bơm quạt)
 Các hạt anion có kích thước cực nhỏ (anionic nanoparticle): keo silica, bentonite,
được gia vào trước thùng đầu.

16