THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NHUỘM MÀU TRÊN GIẤY CARTON

THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NHUỘM MÀU TRÊN GIẤY CARTON Xem nội dung đầy đủ tại: https://123doc.org/document/4975095-pham-thi-phuong-nhi.htmTHỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NHUỘM MÀU TRÊN GIẤY CARTON Xem nội dung đầy đủ tại: https://123doc.org/document/4975095-pham-thi-phuong-nhi.htmTHỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NHUỘM MÀU TRÊN GIẤY CARTON Xem nội dung đầy đủ tại: https://123doc.org/document/4975095-pham-thi-phuong-nhi.htm

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

*****************

PHẠM THỊ PHƯƠNG NHI

THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NHUỘM MÀU

TRÊN GIẤY CARTON

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH LÂM NGHIỆP

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 07 năm 2011

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

*****************

PHẠM THỊ PHƯƠNG NHI

THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NHUỘM MÀU

TRÊN GIẤY CARTON

Ngành: Lâm Nghiệp

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS LÊ TIỂU ANH THƯ

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 07 năm 2011

• Xin cảm ơn chân thành sâu sắc đến cô Lê Tiểu Anh Thư đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

• Xin cảm ơn ban lãnh đạo cùng tập thể cán bộ công nhân viên công ty giấy Sài Gòn Mỹ Xuân

• Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện PHẠM THỊ PHƯƠNG NHI

TÓM TẮT

TL01 và TL02 là 2 mặt hàng đang được sản xuất tại công ty, để phân biệt 2 mẫu sản phẩm này ta dựa vào màu sắc của chúng Đề tài “ Thử nghiệm đánh giá kết quả nhuộm màu trên giấy carton” đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm công ty giấy Sài Gòn- Mỹ Xuân, nhằm tìm được tỷ lệ phối tối ưu cho ra màu của hai mẫu TL01

và TL02 bằng việc sử dụng màu của ba nhà cung cấp Ciba; Clariant; và TPH để có

sự so sánh Cuối cùng sau khi đã có được tỷ lệ phối tối ưu cho màu của mỗi nhà cung cấp ta sẽ cùng lúc xeo lặp lại các mẫu theo tỷ lệ phối này trong cùng một điều kiện và lấy lại nước sau xeo đem đo độ màu để so sánh độ màu trong nước sau xeo khi dùng màu của 3 nhà cung cấp này có sự khác nhau như thế nào Bên cạnh đó một thí nghiệm khác sử dụng 2 màu vàng và màu cam của 3 nhà cung cấp trên được tiến hành để đưa ra kết luận về khả năng bắt màu của chúng khi phối trộn 2 màu này vào bột Với mức dùng màu lần lượt là:

Kết quả đạt được:

- Tỷ lệ phối của màu Ciba là tối ưu so với màu của Clariant và TPH

- Độ màu trong nước khi sử dụng màu hãng Ciba là thấp nhất

- Khả năng bắt màu của màu vàng và màu cam Ciba là cao nhất so với màu của 2

nhà cung cấp còn lại

TP HCM, ngày 15 tháng 6 năm 2011

MỤC LỤC

TRANG

Trang tựa i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Bảng danh mục các ký tự viết tắt vi

Danh sách các bảng vii

Danh sách các hình viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về phẩm màu 3

2.1.1 Lý thuyết cơ bản về màu sắc 3

2.1.2 Phân loại thuốc nhuộm 3

2.1.2.1 Bột màu phân tán 4

2.1.2.2 Phẩm màu tổng hợp 4

2.1.2.3 Phẩm màu trực tiếp 6

2.1.2.4 Màu huỳnh quang (OBA) 7

2.2 Cơ sở hóa học của hiện tượng nhuộm màu cho giấy 7

2.2.1 Sự bảo lưu của màu 7

2.2.2 Những tương tác ảnh hưởng đến sự phát triển màu 8

2.2.2.1 Các yếu tố có ảnh hưởng đến sự phát triển màu là: 8

2.2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả nhuộm màu 9

2.2.3 Các hóa chất sử dụng ảnh hưởng đến quá trình nhuộm màu 9

2.2.4 Kỹ thuật nhuộm 10

2.2.4.1 Tóm tắt tính chất vật liệu 11

2.2.4.2 Cơ chế nhuộm 12

2.3 Không gian màu CIE LAB 14

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.1 Nội dung nghiên cứu 17

3.2 Nguyên liệu sử dụng 17

3.2.1 Nguyên liệu: 17

3.2.2 Màu sử dụng: 17

3.3 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 18

3.3.1 Dụng cụ thí nghiệm 18

3.3.2 Thiết bị thí nghiệm 18

3.4 Phương pháp nghiên cứu: 19

3.4.1 Chuẩn bị bột: 20

3.4.2 Xeo tờ handsheet: 21

3.4.3 Đo tọa độ màu 21

3.5 Tiến hành thí nghiệm 21

3.5.1 Thí nghiệm 1 21

3.5.2 Thí nghiệm 2 26

3.5.3 Thí nghiệm 3 27

3.5.4 Thí nghiệm 4 29

3.5.5 Thí nghiệm 5 30

3.6 Xử lý số liệu 32

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Thử nghiệm tìm ra tỷ lệ phối màu cho giấy theo 2 mẫu chuẩn TL01 và TL02 33 4.1.1 Tỷ lệ phối cho mẫu TL01 với màu của CiBa 33

4.1.2 Tỷ lệ phối cho mẫu TL02 với màu của CiBa 34

4.1.3 Tỷ lệ phối màu cho mẫu TL01 của màu Clariant 35

4.1.4 Tỷ lệ phối màu cho mẫu TL02 của màu Clariant 35

4.1.5 Tỷ lệ phối màu cho mẫu TL01 của màu Thuận Phát Hưng 36

4.2 Kiểm tra và so sánh độ màu nước sau xeo của các mẫu đạt chuẩn 37

4.2.1 Độ màu 3 mẫu TL01 đạt chuẩn với màu Clariant, Ciba và TPH 37

4.2.2 Độ màu 3 mẫu TL02 đạt chuẩn với màu Clariant, Ciba, và TPH 38

4.3 So sánh cường độ lên màu của hỗn hợp màu vàng và màu cam với màu của 3 nhà cung cấp khác nhau: Clariant, CiBa và Thuận Phát Hưng, trong điều kiện mẫu thí nghiệm chỉ phối trộn 2 màu này và phèn 39

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

5.1 Kết luận 41

5.2 Kiến nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

BẢNG DANH MỤC CÁC KÍ TỰ VIẾT TẮT

TPH Thuận Phát Hưng

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Phân loại phẩm nhuộm sử dụng cho mỗi loại xơ sợi 11 

Bảng 2.2: phân loại sự khác biệt vị trí màu theo ∆E 15 

Bảng 2.3: Tọa độ màu giữa mẫu và chuẩn 16 

Bảng 3.1 Tỷ lệ phối màu cho mẫu TL01&TL02 do nhà cung cấp Clariant đưa ra 22  Bảng 3.2: Biểu mẫu xác lập giá trị mức dùng màu Clariant 25 

Bảng 3.3: Tỷ lệ phối màu của nhà cung cấp CiBa đưa ra 26 

Bảng 3.4: Biểu mẫu xác lập mức dùng màu CiBa 27 

Bảng 3.5: Tỷ lệ phối màu cho mẫu đầu tiên đối với màu Thuận Phát Hưng 28 

Bảng 3.6: Biểu mẫu xác lập giá trị sử dụng màu Thuận Phát Hưng 28 

Bảng 3.7: Kết quả mức dùng màu chuẩn của thí nghiệm 1, 2 và 3 29 

Bảng 3.8: Mức dùng màu cho mẫu 30 

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Hấp thụ thuốc nhuộm bởi bề mặt sợi 12 

Hình 2.2: Tọa độ màu CIE LAB 14 

Hình 2.3 : Minh họa kết quả tính trên tọa độ màu 16 

Hình 3.1: Sơ đồ thí nghiệm chung 19 

Hình 3.2: Sơ đồ cân chỉnh mức dùng màu phối trộn 24 

Hình 3.3: Quy trình làm mẫu xác định cường độ lên màu của mỗi mẫu handsheet 31  Hình 4.1: Biểu đồ so sánh tọa độ màu giữa mẫu TL01 và mẫu 8- Ciba 33 

Hình 4.2: Biểu đồ so sánh tọa độ màu giữa Mẫu TL02 và Mẫu 6- Ciba 34 

Hình 4.3: Biểu đồ so sánh tọa độ màu giữa Mẫu TL01 và Mẫu 7- Clariant 35 

Hình 4.4: Biểu đồ so sánh giữa mẫu TL02 và mẫu 6- Clariant 36 

Hình 4.5: Biểu đồ so sánh tọa độ màu giữa Mẫu TL01 và Mẫu 4- TPH 36 

Hình 4.6: Biểu đồ so sánh tọa độ màu của mẫu chuẩn TL02 và mẫu 4- TPH 37 

Hình 4.7: Biểu đồ so sánh độ màu của nước sau xeo mẫu TL01 38 

Hình 4.8: Biểu đồ so sánh độ màu của nước sau xeo mẫu TL02 38 

Hình 4.9: So sánh cường độ lên màu 39 

Có thể dùng một trong bốn nhóm màu sau:

- Pigment (bột màu phân tán)

- Phẩm nhuộm tổng hợp

- Phẩm nhuộm trực tiếp

- Phẩm nhuộm huỳnh quang

Các phẩm màu khác nhau về tính chất vật lý, tính chất hóa học, độ bền, độ tương tác với xenlulose,khoảng pH hiệu quả, độ hòa tan…Mặc khác, các nhà cung cấp khác nhau cũng cho ra những dòng phẩm nhuộm với những ưu, nhược điểm khác nhau nhằm mang tính chất cạnh tranh

Trong quá trình sản xuất có sử dụng phẩm nhuộm, đã làm nảy sinh một vấn đề khác

là độ màu tồn đọng trong nước thải gây ảnh hưởng đến nguồn nước tiếp nhận Vấn đề đặt ra ở đây là, làm sao có thể chọn được nhà cung cấp phẩm nhuộm thích hợp với điều kiện sản xuất và yêu cầu sản phẩm đầu ra của nhà máy, để chi phí sản xuất là thấp nhất, độ màu trong nước thải được hạn chế đến mức tối đa, nhằm góp phần giảm độ màu trong nước thải sẽ giảm được nguy cơ ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm tỷ lệ phối màu thích hợp khi thử nghiệm lần lượt trên màu của 3 nhà cung cấp Ciba, Clariant, TPH để cho ra mẫu có màu sắc giống với giấy TL01 và TL02 đang sản xuất tại công ty được chọn làm mẫu chuẩn

- So sánh độ màu trong nước sau xeo mẫu đã đạt chuẩn, để giải quyết vấn đề màu tồn đọng trong nước thải của nhà máy khi ra môi trường

- So sánh cường độ lên màu của 2 màu vàng và màu cam do 3 hãng trên cung cấp

từ đó đưa ra kết luận về khả năng bắt màu lên xơ sợi giữa màu của 3 nhà cung cấp trên

2.1.1 Lý thuyết cơ bản về màu sắc

Thuốc nhuộm có những màu sắc khác nhau là do chúng có khả năng hấp thụ chọn lọc các tia thấy được của quang phổ ánh sáng mặt trời Mọi vật xung quanh ta

có muôn màu muôn vẻ cũng là do chúng có khả năng hấp thụ và phản xạ những tia sáng khác nhau:

- Vật có màu đen là do hấp thụ hoàn toàn tia tới thấy được

- Vật có màu trắng là do phản xạ hoàn toàn tia tới thấy được

- Vật chỉ hấp thụ một phần những tia tới và phản xạ phần còn lại với tỉ lệ các tia phản xạ gần bằng nhau thì có màu xám Nếu trong số các tia phản xạ có một vài tia trội hơn thì vật sẽ có màu đa sắc, chỉ phản xạ một tia duy nhất thì có màu đơn sắc

2.1.2 Phân loại thuốc nhuộm

¾ Tên gọi thuốc nhuộm

Gồm ba phần:

• Phần 1: Để chỉ lớp thuốc nhuộm, viết bằng chữ đầy đủ, thường là tiếng anh, chỉ tên lớp thuốc nhuộm theo phân lớp kỹ thuật như: trực tiếp, acid…hoặc có thể dùng tên riêng của hãng sản xuất phải hiểu nó thuộc nhóm thuốc nhuộm nào

• Phần 2: Dùng để chỉ màu, thường là các tính từ chỉ màu thuốc nhuộm, có thể là màu đơn hoặc màu kép (thường bằng tiếng anh)

• Phần 3: Là chữ cái và số dùng để chỉ:

- Ánh màu (thường dùng là L)

- Độ bền màu, hàm lượng thuốc nhuộm

- Các đặc tính khác

Để chỉ cường độ các màu người ta thường dùng hai chữ cái liền nhau như: BB, RR,

GG, hoặc đặt chữ số trước các chữ cái như: 2B, 6B,2R…Chữ số càng lớn màu càng mạnh Những sắc trung gian được kí hiệu bằng hai chữ cái liền nhau

¾ Phân loại thuốc nhuộm

2.1.2.1 Bột màu phân tán

Phân làm ba nhóm:

- Bột màu vô cơ tự nhiên

- Bột màu vô cơ tổng hợp

- Bột màu hữu cơ tổng hợp

Loại hữu cơ tổng hợp được xem là quan trọng nhất trong công nghiệp giấy, loại này không dùng nhuộm màu giấy mà làm thành phần lớp tráng vì nó có đặc tính không trôi theo nước khi gia công lớp tráng

Đặc tính của bột màu phân tán:

- Các phân tử không tan

- Độ bền ánh sáng tốt

- Giá trị màu thấp, nghĩa là phải dùng nhiều bột màu để đạt được độ màu như mong muốn và điều này làm giảm độ bền cho giấy

- Không có ái lực trực tiếp với xơ sợi và sự tương tác yếu với sợi sẽ nảy sinh ra

sự bảo lưu kém của chúng lên xơi sợi Để giải quyết vấn đề này người ta thường dùng thêm phèn Khi dùng phèn, người ta hiệu chỉnh pH của hệ dưới 5

để giữ bột màu ở dạng hoạt động ngoài ra còn dùng những chất trợ bảo lưu thích hợp

Màu axit tương tự với màu trực tiếp, hai loại này thật ra không có sự phân biệt rõ ràng Màu axit thường có nhiều gốc axit hơn nên có độ tan trong nước lớn hơn màu trực tiếp

Đặc tính màu axit:

- Độ tan trong nước cao

- Trong nước nó sẽ tạo dung dịch trung tính hoặc kiềm yếu

- Độ bền ánh sáng ở mức khá trở lên

- Ái lực với xơ sợi thấp, điều này làm cho nước trắng mang màu và thường phải dùng thêm chất trợ bảo lưu màu

- Nhạy với nhiệt, có thể bị di chuyển trên máy giấy

- Rất tốt cho sự nhuộm trên máy cán

b Phẩm kiềm

Phẩm kiềm là những muối clorua, hydro clorua, sunfat hay oxalat của những kiềm

có màu Dung dịch trong nước cuả các chất này có đặc tính axit và đặc biệt nhạy với các kiềm tự do Chúng hòa tan trong những môi trường axit và đây chính là lý do vì sao người ta hay dùng axit acetic để tạo ra những dung dịch đậm đặc

Phẩm nhuộm kiềm thường được dùng trong công nghiệp giấy Chúng hòa tan tốt trong những rượu methyl, ethyl và isopropyl, cũng như các hóa chất có đặc tính dung môi như dầu, sáp

Đặc tính của phẩm kiềm:

- Có bản chất cationic

- Không có ái lực với xenlulose

- Có ái lực cao với các vật liệu có bản chất axit như lignin có mặt với hàm lượng đáng kể trong những loại bột hóa chưa tẩy trắng hoặc bột cơ

- Có giá trị màu cao

- Có độ bền ánh sáng ở mức độ trung bình

- Có độ bền kém với axit, kiềm và clo

Từ đó cho thấy phẩm kiềm khi được dùng cho bột đã tẩy trắng cần phải dùng chất trợ bảo lưu màu

2.1.2.3 Phẩm màu trực tiếp

Phẩm màu trực tiếp là những muối natri của màu axit, chứa các nhóm axit sulphonic- hoặc carboxylic (để tan trong nước), cấu trúc phân tử thon dài với vài chuỗi phẳng và các nhóm thơm được xếp trong 1 mặt phẳng đơn Về mặt hóa học chúng như màu axit nhưng được biết như màu trực tiếp vì chúng có ái lực với xenlulo

Ái lực của hệ màu trực tiếp đối với xenlulo có thể dựa vào độ hòa tan thấp của chúng Trong nước thường những phẩm nhuộm này tồn tại như một hệ keo, vài loại màu trực tiếp còn có thể tạo gel khi dung dịch đựơc bảo quản Sự phân loại màu trực tiếp hay màu acid cũng có tính chất ngẫu nhiên Ái lực do lực Vander Waals và liên kết hydro Màu axit có ái lực với xenlulo thấp hơn màu trực tiếp Có cả điện tích âm (ADD) hoặc điện tích dương (CDD) Gần đây người ta thừơng dùng phẩm màu trực tíêp cation để tăng ái lực với xenlulo

Đặc tính của màu trực tíêp:

- Ái lực cao với xenlulo

- Tính bảo lưu có thể được cải thiện khi sử dụng phèn hoặc chất trợ bảo lưu, ngoài ra còn có thể gia nhiệt huyền phù bột sau khi đã cho màu vào Một cách khác để cải thiện tính bảo lưu là đưa nhóm cationic vào những phân tử chất màu axit

- Có độ bền ánh sáng tốt

- Có giá trị màu ở mức trung gian

- Có khuynh hướng tạo những vân đen nếu không được bảo quản cẩn thận

- Thích hợp trong một khoảng pH rộng

a Phẩm màu trực tiếp điện tích dương (CDD):

Tác dụng lực hút tĩnh điện lên xơ sợi cellulose điện tích âm Không cần chất cầm màu Chi phí nhuộm màu cao hơn và không kiểm soát được độ bền màu

b Phẩm màu trực tiếp điện tích âm (ADD):

Ái lực do lực VanderWaal và liên kết hydro Lực đẩy tĩnh điện có thể được khắc phục bởi nước cứng (>15odH, 30oF)

Độ bền màu và nhuộm màu nước nên có thể được kiểm soát bằng cách thêm phèn hoặc chất bền màu (polymer điện tích dương cao, khối lượng phân tử thấp)

Được dùng hơn 90% trong tất cả giấy in, giấy viết và giấy tissue

2.1.2.4 Màu huỳnh quang (OBA)

Chúng đựơc xem là chất làm trắng quang học, đựơc dùng để làm giấy sáng hơn, vì vậy sẽ đuợc dùng với bột đã tẩy trắng Màu huỳnh quang hấp thụ ánh sáng ở vùng

tử ngoại (λ<370 nm) và sẽ phát xạ lại ánh sáng trong vùng xanh của ánh sáng thấy đựơc (pick hấp thụ là 435nm ± 10) và cho ta hiệu ứng hùynh quang mà dưới ánh sáng ban ngày, ta sẽ thấy màu trắng sáng, nhờ vậy có thể giấu đi màu vàng của bột giấy đã được tẩy trắng tới một mức độ hạn chế nào đó Bất cứ chất nào hấp thụ ánh sáng tử ngoại cũng làm giảm hiệu quả của màu hùynh quang Ví dụ: TiO2, đất sét CaCO3 phản xạ ánh sáng tử ngoại nên làm tăng hiệu quả của màu hùynh quang

2.2 Cơ sở hóa học của hiện tượng nhuộm màu cho giấy

Mối quan hệ giữ phẩm màu và giấy có thể xét trên hai quan điểm:

- Những yếu tố có ảnh hưởng đến sự liên kết của chất màu trong tờ giấy, nghĩa là liên quan đến độ bảo lưu của màu

- Những cấu tử khác, những điều kiện khác của hệ huyền phù và của máy xeo giấy

có ảnh hưởng đến sự phát triển của màu

2.2.1 Sự bảo lưu của màu

- Sự bảo lưu của màu có quan hệ chặt chẽ với sự bảo lưu các thành phần mịn

và chất độn Các chất phụ gia có khuynh hướng hấp thụ lên những cấu tử có bề mặt riêng lớn.Màu trực tíêp có ái lực tự nhiên với xơ sợi do có độ hòa tan thấp Khi phèn được dùng với hệ màu này, các hạt màu sẽ tương tác với phèn và sẽ có điện tích dương Mạch phân tử xenlulo có chứa nhiều nhóm chức và có khả năng tham gia tạo liên kết hydro Thuốc nhuộm trực tiếp có cấu trúc mạch thẳng hay đồng phẳng chứa các nhóm OH hay NH2 có khả năng tạo liên kết hydro với nhóm OH của mạch xenlulo Ngòai ra lực vandervan cũng giữ vai trò đáng kể trong sự tạo liên kết giữa phân tử màu và bề mặt xơ sợi

- Thuốc nhuộm trực tiếp cation có điện tích dương có thể tương tác với bề mặt

xơ sợi điện tích âm

- Nếu kết hợp dùng cả phẩm màu trực tiếp điện tích âm và điện tích dương thì

sẽ cho kết quả tốt hơn là dùng riêng từng loại

- Màu axit tương tự màu trực tiếp nhưng thiếu độ đồng phẳng trong cấu trúc Chúng có nhiều nhóm hòa tan nên ngăn chặn sự liên kết tốt giữa màu và xơ sợi Màu và xơ sợi hơn nữa lại có cùng điện tích bề mặt nên chúng không có lực hút tĩnh điện, do vậy phải dùng thêm chất trợ bảo lưu điện tích dương cùng với màu axit

- Màu kiềm điện tích dương nên nó có lực hút tĩnh điện với xơ sợi

- Khi thêm màu vào huyền phù xơ sợi, một cân bằng được thiết lập giữa các thành phần mịn và xơ sợi Với màu nhạt, cân bằng tồn tại sao cho hầu hết các phân

tử màu (thường là màu trực tiếp) đều được hấp phụ lên sợi Với màu đậm hơn thì phải thêm hóa chất khác vào để làm dịch chuyển cân bằng về phía sợi Phèn hoặc các chất keo thuộc hệ gia keo có thể dùng cho mục đích này

- Các tác động khác để thúc đẩy cao hơn độ bảo lưu màu là: gia nhiệt cho hỗn hợp huyền phù, thêm muối hoặc phèn trong huyền phù bột đã gia màu hoặc dùng trợ bảo lưu Các chất tăng trợ bảo lưu là những polymer mang điện tích cao, trọng lượng phân tử thấp và có chứa các cấu tử như chất gia cường ướt Các chất nhựa gia cường ướt và tinh bột cation cũng góp phần cung cấp điện tích dương cho chất màu

và cải thiện độ bảo lưu của chất màu trong quá trình xeo giấy

2.2.2 Những tương tác ảnh hưởng đến sự phát triển màu

Loại nguyên liệu thứ hai liên quan đến hóa học về giấy và hóa chất màu bao gồm những tương tác ảnh hưởng đến sự phát triển màu có được từ hệ chất màu sử dụng

Ví dụ như sự tương tác của Cl2 và ClO2 hiện diện trong hệ thống máy xeo giấy như tác chất kiểm tra vi sinh Nếu hàm lượng những chất này không được kiểm tra cẩn thận, chúng có thể phản ứng với thuốc nhuộm và làm vô hiệu thuốc nhuộm

2.2.2.1 Các yếu tố có ảnh hưởng đến sự phát triển màu là:

- Thành phần sợi

- Loại và hàm lượng chất độn

- Chỉ số thoát nước của sợi

- Thời gian tiếp xúc trước khi tiến hành quá trình tạo hình tờ giấy

- Loại và hàm lượng chất gia keo

- Nồng độ phèn và ion nhôm

- pH, độ axit tổng cộng

- loại và hàm lượng các loại nhựa và tinh bột

2.2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả nhuộm màu

- Thời gian tiếp xúc

- Thứ tự gia hóa chất (phụ gia khác)

- Giấy đứt

- Độ cứng của nước

- Chất bền màu & chất độn

- Điều kiện và phương pháp nhuộm màu

- Xơ sợi thu hồi sau tuyển nổi

2.2.3 Các hóa chất sử dụng ảnh hưởng đến quá trình nhuộm màu

- Phèn : Phèn được sử dụng trong hệ thống axit, nếu gia phèn vào sau màu, phèn làm tăng sự bảo lưu các màu có ái lực thấp với xơ sợi Phèn có khuynh hướng giảm độ sáng của giấy màu Gia phèn trước màu có thể giảm độ bền và độ sáng của màu và có thể làm thay đổi đặc tính hai mặt của tờ giấy

- Chất bảo lưu: Có thể ảnh hưởng đến việc bảo lưu màu, chất bảo lưu cationic

có thể làm thay đổi độ sáng (brightness) tương tự như chất làm mất độ sáng, các polymer trọng lượng phân tử cao làm giảm độ sáng của màu

- Chất cầm màu: Là polymer trọng lượng phân tử thấp, điện tích dương cao được sử dụng để cải thiện bảo lưu thuốc nhuộm, nên cho vào trước màu trực tiếp và

màu phân tán Nhìn chung các chất phụ gia cationic có khuynh hướng làm nhạt màu, giảm độ bền với ánh sáng và tạo tính hai mặt của tờ giấy Sử dụng tác nhân cầm màu anion trong việc liên kết với m àu bazơ

- Chất khử bọt, chất diệt khuẩn: các phụ gia này có thể phản ứng với màu và pigment màu tạo kết tủa, kết tụ hoặc phá hủy thuốc nhuộm Vì vậy, điểm gia hóa chất và thuốc nhuộm phải được lựa chọn để tránh sự tiếp xúc trực tiếp

- Liều lượng hóa chất sử dụng: Do thuốc nhuộm phản ứng với các chất phụ gia khác, sự khác nhau về liều lượng sử dụng các chất phụ gia dẫn đến kết quả nhuộm màu khác nhau Ví dụ : sự thay đổi lượng sử dụng chất bảo lưu làm thay đổi phần trăm chất độn giữ lại trên giấy, điều này làm thay đổi đặc tính quang học của giấy,

sự bảo lưu những xơ sợi mịn cũng thay đổi, vì xơ sợi mịn bắt màu mạnh hơn xơ sợi nên màu của giấy cũng thay đổi

- Thứ tự gia hóa chất: Thứ tự gia thuốc nhuộm và những hóa chất khác là vấn

đề quan trọng ảnh hường đến hiệu quả nhuộm màu Khi sử dụng các hóa chất mang điện tích khác nhau cần tránh sự tiếp xúc giữa chúng trước khi được khuấy trộn vào dung dịch bột Nếu thuốc nhuộm được gia vào bể thì lượng chất khác sử dụng phải

thích hợp để đảm bảo sự đồng đều trong sản phẩm Sản xuất giấy trong môi trường

axit, gia thuốc nhuộm vào trước keo và phèn, cũng có thể gia keo vào trước thuốc nhuộm, nhưng nếu gia phèn trước thuốc nhuộm thì độ bền màu giảm

- Thuốc nhuộm chỉ gia vào giấy với một lượng nhỏ nên không có ảnh hưởng nhiều đến tính chất giấy Do đó vẫn phối chế các nguyên liệu với các phụ gia đem xeo handsheet rồi đo độ màu, ta được tọa độ màu a*, b*, L* của giấy rồi đem phối màu theo yêu cầu của khách hàng trên máy tính từ đó ta có thể chọn lựa màu thích hợp, lượng dùng hay xác định tỉ lệ màu pha chế phù hợp

2.2.4 Kỹ thuật nhuộm

Trong quá trình nhuộm vật liệu hay dung dịch nhuộm phải chuyển động mạnh để tạo điều kiện cho việc phân bố đều thuốc nhuộm trên mặt xơ sợi, để đạt được độ đều màu cao nhiệt độ phải tăng đều hoặc không thay đổi, do đó thuốc nhuộm cho

vào phải được khuấy trộn thật đều Dung dịch thuốc nhuộm bổ sung (online) vào phải được phân tán nhanh chóng trong toàn bộ khối dung dịch

2.2.4.1 Tóm tắt tính chất vật liệu

Cấu tạo từ những đại phân tử mạch thẳng sắp xếp dọc theo trục xơ với mức độ định hướng khác nhau, các đại phân tử liên kết với nhau qua các nhóm chức hay liên kết với nhau bằng lực Van der walls Có vùng các phân tử sắp xếp chặt chẽ gọi là cấu trúc tinh thể, ngược lại có vùng sắp xếp không chặt chẽ gọi là cấu trúc vô định hình, tạo cho xơ có diện tích bề mặt lớn

Các loại xơ khác nhau có mức hút ẩm khác nhau Khi nhúng xơ vào nước, sẽ xuất hiện hiện tượng điện hóa do xơ hấp thụ một số ion từ dung dịch hay do các nhóm định chức của xơ phân ly, do vậy trên bề mặt xơ và dung dịch có lớp điện kép, hiệu

số điện thế giữa xơ và dung dịch gọi là điện thế màng, đại lượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất xơ sợi, độ pH, sự có mặt của các chất điện ly và nhiệt độ

Do đặc tính trên mà mỗi loại xơ chỉ nhuộm được bằng vài lớp thuốc nhuộm

Bảng 2.1: Phân loại phẩm nhuộm sử dụng cho mỗi loại xơ sợi

STT Loại nguyên liệu Loại thuốc nhuộm sử dụng

1 Xơ-sợi gốc cellulose Azoic, trực tiếp, hoạt tính, lưu hóa, hoàn

nguyên, acid

2 Xơ-sợi gốc protein Acid, phức kim loại, hoạt tính

3 Xơ-sợi cellulose tái sinh Azoic, trực tiếp, hoạt tính, lưu hóa, hoàn nguyên

4 Xơ-sợi ester cellulose Azoic, hoàn nguyên, phân tán

5 Xơ-sợi polylacrylic Cationic, phân tán

6 Xơ-sợi nylon Acid, azoic, phức kim loại, hoạt tính, hoàn

nguyên, phân tán

2.2.4.2 Cơ chế nhuộm

Giai đọan 1: thuốc nhuộm được hấp thụ bởi bề mặt xơ Nguyên nhân của sự hấp

thụ này là do trên bề mặt xơ sợi có một trường lực Quá trình hấp thụ thực tế xảy ra rất nhanh Tùy vào cấu trúc của mỗi loại xơ sợi mà thuốc nhuộm đi vào bề mặt trong dễ dàng hay khó khăn

Đối với sợi thành mỏng chổi hoá tốt thuốc nhuộm được hấp thụ tốt trên bề mặt xơ sợi, còn đối với sợi có thành dầy thuốc nhuộm hoạt tính cũng có thể dễ dàng xâm nhập vào bề mặt trong của xơ sợi

a) Sợi thành mỏng b) Sợi thành dày

Hình 2.1: Hấp thụ thuốc nhuộm bởi bề mặt sợi Giai đọan 2: giai đoạn khuếch tán dung dịch vào xơ, xảy ra trong một thời gian dài

Việc khuấy trộn dung dịch nhuộm đều đặn sẽ làm tốc độ khuếch tán của thuốc nhuộm trong dung dịch tăng lên làm tốc độ nhuộm tăng theo

Đặc điểm và tính chất của xơ cũng như cấu tạo và tính chất của thuốc nhuộm có ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán Xơ sợi nở càng to thì sự khuếch tán thuốc nhuộm vào

xơ sợi càng dễ do khoảng trống giữa các phân tử tăng lên (nói cách khác: xơ nào hút

ẩm cao thì dễ nhuộm)

Cấu tạo và tính chất của thuốc nhuộm cũng ảnh hưởng đến quá trình nhuộm, khi hòa tan thuốc nhuộm vào nước thì sẽ thu được những hạt liên hợp của nhiều phân tử thuốc nhuộm với những kích thước khác nhau Kích thước hạt càng lớn thì tốc độ khuếch tán càng chậm Với những thuốc nhuộm không tan trong nước, trong dung dịch chúng nằm lơ lửng ở trạng thái huyền phù, phải nhờ tác dụng của chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ và sự khuấy trộn thì các hạt liên hợp lớn mới phá vỡ thành các hạt có kích thước nhỏ nhất để dễ dàng thâm nhập vào xơ sợi

Giai đọan 3: giai đọan cố định màu trên xơ Trong giai đoạn này thuốc nhuộm và

xơ phát sinh ra các lực tác dụng tương hỗ, nhờ đó thuốc nhuộm được giữ chặt trên

xơ

9 Động học quá trình nhuộm: gồm 4 giai đọan

- Các hạt thuốc nhuộm khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt ngoài của xơ

- Hấp thụ lên bề mặt xơ

- Khuếch tán từ ngoài cào sâu bên trong lỏi xơ

- Thuốc nhuộm thực hiện liên kết bám dính vào xơ

9 Sự khuếch tán thuốc nhuộm vào xơ

Khuếch tán là sự chuyển động của các phân tử tuân theo quy luật phân bố vật chất không phải do tác dụng của ngoại lực Thuốc nhuộm khuếch tán trong xơ chậm hơn trong nước từ 1000-10000 lần do:

- Kích thước phân tử thuốc nhuộm không nhỏ hơn kích thước mao quản bao nhiêu

- Trở lực không gian của các mao quản lớn

- Quá trình khuếch tán kèm theo quá trình hấp thụ

- Hấp thụ là quá trình chuyển thuốc nhuộm từ dung dịch vào xơ dẫn tới trạng thái cân bằng, đại lượng hấp thụ cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và chất trợ nhuộm

- Nhiệt độ tăng: đại lượng hấp thụ cân bằng giảm

- Nồng độ thuốc nhuộm tăng: trị số tuyệt đối lượng thuốc nhuộm bị hấp phu tăng lên, song % thuốc nhuộm giảm đi

Để biểu diển quá trình hấp phụ thuốc nhuộm trên xơ ta dùng phương trình đẳng nhiệt Langmiir: X=

C

C K

+ 1

X: độ hấp phụ thuốc nhuộm trên xơ (g/kg)

K: hằng số hấp phụ phụ thuộc nhiệt độ

C: nồng độ thuốc nhuộm trong bể nhuộm

Từ phương trình langmiirta rút ra những kết luận sau:

- Khi tăng nhiệt độ thì K giảm thì X giảm Tuy nhiên, tổng quá trình nhuộm lại nhanh, vì khi nhiệt độ tăng thì xơ trương nở mạnh tạo điều kiện cho thuốc nhuộm khuếch tán vào xơ

- Trong dung dịch loãng thì tỉ lệ % thuốc nhuộm được xơ hấp phụ cao hơn dung dịch đậm đặc

Dựa vào phương trình Langmiir ta có thể lập được đồ thị hấp phụ của các thuốc nhuộm khác nhau Từ đó có cơ sở để thực hiện ghép màu, thiết kế thời gian và nhiệt

độ nhuộm cho thích hợp

2.3 Không gian màu CIE LAB

Không gian màu CIELAB: là một một hệ thống định nghĩa màu theo 2 trục phân cực cho ra 2 giá trị a* ; b* và đại lượng thứ 3 là ánh sáng (L)

Không gian màu CIE LAB được sử dụng nhiều nhất cho việc đo màu vật thể (mực in), thí dụ, để tìm một công thức hay kiểm tra màu của vật thể Các tông màu và độ bão hòa màu được vẽ trên các trục a* và b* Trục a chạy từ -a* (Green) đến

+a*(Red) và trục b chạy từ -b*(Blue) đến +b*(Yellow) Trục độ sáng L* có giá trị

từ 0 (đen ở đáy) đến 100 (trắng ở đỉnh)

Công thức:

∆c* = mẫu – chuẩn : đây được hiểu là thước đo sắc độ, diễn tả sự khác nhau về sắc

độ giữa mẫu và chuẩn

• Với C* = : giá trị cường độ lên màu của mẫu

∆a* = mẫu – chuẩn

• ∆a* nhận giá trị dương thì mẫu đỏ hơn so với chuẩn

• ∆a* nhận giá trị âm thì mẫu xanh hơn so với chuẩn

∆b* = mẫu – chuẩn

• ∆b* nhận giá trị dương thì mẫu vàng hơn so với chuẩn

• ∆b* nhận giá trị âm thì mẫu xanh (tối hơn) so với chuẩn

L* có giá trị càng cao thì mẫu sáng hơn so với chuẩn

Sự khác biệt vị trí màu giữa mẫu và chuẩn : ∆E

∆E =

Sự khác biệt về vị trí màu có thể được phân loại như sau:

Bảng 2.2: phân loại sự khác biệt vị trí màu theo ∆E

Ví Dụ:

Bảng 2.3: Tọa độ màu giữa mẫu và chuẩn

L* = 75.3 có nghĩa là một màu sáng nằm giữa và đỏ cờ có giá trị a*=51.2 và

b*=48.4 Vì lẽ đó, ta có thể đoán đây là một màu cam sáng

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

- Tìm tỷ lệ phối màu thích hợp khi thử nghiệm lần lượt trên màu của 3 nhà cung cấp Ciba, Clariant, TPH để cho ra mẫu có màu sắc giống với giấy TL01 và TL02 đang sản xuất tại công ty được chọn làm mẫu chuẩn

- So sánh độ màu trong nước sau xeo mẫu đã đạt chuẩn, để giải quyết vấn đề màu tồn đọng trong nước thải của nhà máy khi ra môi trường

- So sánh cường độ lên màu của 2 màu vàng và màu cam do 3 hãng trên cung cấp

từ đó đưa ra kết luận về khả năng bắt màu lên xơ sợi giữa màu của 3 nhà cung cấp trên

1 Nhà cung cấp Clariant: gồm 4 màu có tên thương mại

- Carta Orange RTG 120% liquid

- Carta Yellow MGLA liquid

- Carta Red EBE liquid

- Carta Black BSN liquid

2 Nhà cung cấp Ciba: gồm 3 màu có tên thương mại

- PERGASOL Yellow S – Z

- PERGASOL Orange 6R – Z

- Máy đo độ màu

- Máy đo độ thoát nước

3.4 Phương pháp nghiên cứu:

Quy trình thí nghiệm được thực hiện theo sơ đồ sau:

Màu theo kết quả tỷ lệ phối của TN1, TN2 và TN3

Xác định pHXác định độ nghiềnCân mẫu bột

Màu TPH

Màu clarian

Màu

Ciba

Khuấy trộn Khuấy trộn

Khuấy trộn

Sấy

Ép Xeo handsheet

Đo tọa độ màu

PhènPhèn

Khuấy trộn Khuấy trộn

Phèn Màu camMàu vàng

32

1

Xeo handsheet

Đo độ màu

Cường độ lên màu của màu vàng

Xeo handsheet

Ép Sấy

Đo tọa độ màu Kết luận

ảnh hưởng đến môi trường

Tỷ lệ phối

Chú thích: 1, 2, 3 là thứ tự cho phẩm nhuộm và phèn vào bột

Thuyết minh quy trình:

Bột lấy từ bể vào đem đi xác định nồng độ, đo độ nghiền, xác định pH Cân mẫu dựa vào nồng độ bột xác định được, đảm bảo 10g bột KTĐ cho một lần thí nghiệm Cân màu Tiếp theo khuấy trộn bột thật đều với màu và phèn, sau đó chờ trong 20 phút ta chia hỗn hợp trên thành 5 mẫu đem xeo handsheet (đối với thí nghiệm 1, 2,

3, 5) Dùng tấm đệm lót và con lăn gỡ mẫu ra rồi đem sấy Lấy mẫu thành phẩm sau sấy đem đo tọa độ màu Riêng đối với thí nghiệm 4 trong trong quá trình xeo handsheet ta lấy lại nước thoát ra sau xeo đem đi đo độ màu để biết được lượng màu tồn trong nước khi sử dụng màu trong quá trình sản xuất

3.4.1 Chuẩn bị bột:

- Xác định nồng độ bột

Lấy m1(g) dung dịch huyền phù bột đem xeo handsheet, lấy mẫu đem sấy trong lò

vi sóng 4 phút, sau đó lấy mẫu ra đem cho vào bình hút ẩm khoảng 2 phút, lấy mẫu

ra đem cân m2(g), xác định được nồng độ bột qua công thức:

C% = (m2 /m1).100%

Sau khi xác định được nồng độ bột ta sẽ suy ra khối lượng bột tương ứng với 2g (bột KTĐ/ 1 mẫu giấy )cần dùng Nếu ta xeo 5 mẫu thì khối lượng bột cần dùng là 10g bột KTĐ)

- Xác định độ nghiền:

Lấy m(g) huyền phù bột ( tương ứng với 2g bột KTĐ) cho vào ống đong thêm nước đến 1000ml, dùng đũa thủy tinh khuấy đều rồi đổ vào máy đo độ nghiền Đợi nước thoát hết đọc chỉ số R trên ống đong

3.4.2 Xeo tờ handsheet:

Lấy m(g) huyền phù bột ( tương ứng với 2 g bột KTĐ) cho vào ống đong thêm nước đến 1000 ml Dùng đũa thủy tinh khuấy đều, đổ dung dịch vào máy xeo handsheet, tiếp tục cho thêm 2000 ml nước vào máy xeo Sau đó dùng cánh khuấy tay sục lên xuống 20 lần Kéo cần gạt của máy handsheet cho mẫu xeo thoát nước

tự do, chờ thoát hết nước, lấy một tấm đệm đặt lên phía trên tấm mẫu đang nằm trên lưới xeo, dùng con lăn ép và lăn qua lại 5 lần Lấy tấm đệm lúc nãy khỏi lưới xeo, lúc này mẫu handsheet đã nằm trên tấm đệm lót Gỡ mẫu handsheet ra khỏi tấm đệm lót này cho vào lò vi sóng sấy trong khoảng 2 phút 30 giây Sau đó lấy mẫu khỏi lò vi sóng cho vào bình hút ẩm khoảng 1 phút lấy mẫu ra đem đi xác định tọa

3.4.3 Đo tọa độ màu

Là quá trình xác định 3 chỉ số: L*, a*, b* trên thiết bị đo màu hay còn gọi là máy đo

độ trắng sáng

L*: Độ sáng, có gí trị càng cao thì mẫu càng sáng màu

a*: thể hiện cho tông màu hiện có của mẫu, chạy từ -a* ( Green) đến +a* ( Red) b*: chạy từ -b* ( Blue) đến +b* ( Yellow)

b Chuẩn bị màu, bố trí thí nghiệm và thao tác thực hiện