Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến các đặc tính của giấy in tại công ty giấy Tân Mai

Mục đích của việc nghiên cứu này là kiểm nghiệm lại những kiến thức đã học về chất độn sử dụng trong ngành giấy, đặc biệt là chất độn CaCO3, thông qua những ảnh hưởng của nó đến các đặc tính của giấy. Ở đây áp dụng cho giấy in, một trong những loại giấy phổ biến sử dụng chất độn. Vì vậy những thí nghiệm sẽ được tiến hành với mức sử dụng chất độn CaCO3 dựa trên mức dùng tại công ty giấy Tân Mai nhưng sẽ được thí nghiệm với nhiều mức dùng khác nhau, để từ đó ta sẽ rút ra được những kết luận về cách sử dụng chất độn CaCO3 như thế nào cho hợp lý, loại giấy nào nên sử dụng nó và mức dùng là bao nhiêu để mang lại hiệu quả tốt nhất. Đồng thời qua đó đánh giá được chất độn tác động như thế nào đến các đặc tính của giấy in.

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘN CaCO3 ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH

CỦA GIẤY IN TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI

Họ và tên sinh viên: TRẦN ĐÔNG ÂU Nghành: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY – BỘT GIẤY Niên khóa: 2004 - 2009

Tháng 02/2009

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘN CaCO 3 ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CỦA

GIẤY IN TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI

Tác giả

TRẦN ĐÔNG ÂU

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư

Ngành Công Nghệ Sản Xuất Giấy & Bột Giấy

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S VÕ QUỐC LẬP

Tháng 02/2009

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:

- Toàn thể quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã

tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại nhà trường

- Thầy Võ Quốc Lập người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận

văn tốt nghiệp

- Ban giám đốc và toàn thể anh chị cán bộ công nhân viên của Công ty cổ phần

Giấy Tân Mai đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt khoảng thời gian thực tập tại công ty

- Và sau hết, xin dành lời cảm ơn chân thành đến người thân, gia đình là động

lực thúc đẩy cho tôi, để tôi luôn cố gắng và phấn đấu hoàn thành nhiệm vụ học tập của

TÓM TẮT

tính của giấy in tại công ty giấy Tân Mai”

Mục đích của việc nghiên cứu này là kiểm nghiệm lại những kiến thức đã học về

hưởng của nó đến các đặc tính của giấy Ở đây áp dụng cho giấy in, một trong những

loại giấy phổ biến sử dụng chất độn Vì vậy những thí nghiệm sẽ được tiến hành với

được thí nghiệm với nhiều mức dùng khác nhau, để từ đó ta sẽ rút ra được những kết

dụng nó và mức dùng là bao nhiêu để mang lại hiệu quả tốt nhất Đồng thời qua đó

đánh giá được chất độn tác động như thế nào đến các đặc tính của giấy in

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH iix

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

1.4 Giới hạn của đề tài 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Lịch sử của việc sử dụng chất độn trong nghành giấy 3

2.2 Vài nét tổng quan về chất độn 3

2.2.1 Các loại chất độn thường dùng trong nghành giấy 4

2.2.1.1 Hệ thống hóa các loại chất độn 4

2.2.1.2 Cao lanh (đất sét, cao lanh) 5

2.2.1.3 TiO2 6

2.2.1.4 Talcum 6

2.2.1.5 Chất độn, bột màu tổng hợp và hữu cơ 6

2.2.1.6 CaCO3 (GCC, PCC) .7

2.2.2 Ưu nhược điểm của chất độn 9

2.2.2.1.Ưu điểm 9

2.2.2.2 Nhược điểm 9

2.2.3 Những đặc tính hữu dụng của chất độn trong nghành giấy 10

2.2.3.1 Ảnh hưởng của chất độn đến giấy 10

2.2.3.2 Lý do của việc sử dụng chất độn trong giấy 11

2.2.3.3 Những loại giấy sử dụng chất độn 11

2.2.3.4 Phương pháp cho chất độn vào giấy 12

2.2.3.5 Liều lượng chất độn cho vào giấy 13

2.2.4 Những yêu cầu về những tính năng đối với chất độn 14

2.2.4.1 Độ trắng cao 14

2.2.4.2 Hệ số khúc xạ ánh sáng cao 15

2.2.4.3 Kích cỡ hạt tối ưu 16

2.2.4.4 Độ rắn thấp và không có tạp chất bẩn 18

2.2.4.5 Không hòa tan trong nước và chậm phản ứng với hóa chất 18

2.2.4.6 Khả năng bảo lưu cực tốt trên băng giấy 19

2.2.4.7 Khối lượng riêng thấp 19

2.2.4.8 Thấm hút mực in tốt 19

2.2.4.9 Tạo ra tờ giấy có bề mặt tốt 19

2.3 Cấu trúc của giấy và sự cần thiết của chất độn 20

2.3.1 Cấu trúc của giấy 20

2.3.1.1 Giới thiệu về cấu trúc của giấy 20

2.3.1.2 Sự tạo thành cấu trúc của tấm giấy 21

2.3.2 Chất độn và khả năng bù trừ khiếm khuyết trong sự bao phủ bề mặt 22

2.3.3 Giới thiệu tổng quan về giấy in 23

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU 26

3.1 Nội dung nghiên cứu 26

3.2 Phương pháp nguyên cứu 26

3.2.1 Kiểm tra chất lượng của chất độn CaCO3 26

3.2.2 Xác định độ khô tuyệt đối các loại bột 28

3.2.3 Phối trộn bột 29

3.2.4 Mức dùng các chất phụ gia cho vào trong mẫu 29

3.3.5 Xeo tờ handsheet để kiểm tra các đặc tính của giấy 30

3.3.6 Xác định độ bảo lưu của chất độn CaCO3 trên tờ mẫu handsheet 33

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 37

4.1 Ảnh hưởng của chất độn đến tính cơ lý của giấy 37

4.1.1 Độ bền kéo 38

4.1.2 Độ bền xé 40

4.2 Ảnh hưởng của chất độn đến tính thể tích và bề mặt của giấy 41

4.2.1 Độ xốp của giấy 41

4.2.2 Độ thấm mực của giấy 43

4.3 Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất quang học của giấy 44

4.3.1 Độ đục của giấy 45

4.3.2 Độ trắng của giấy 46

4.4 Một số kết luận 47

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 Kết luận 50

5.2 Kiến nghị 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Mesh Lổ lưới Nordic Bắc Âu CND Canada Southern Phương nam

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Giá bột giấy giao dịch tại các khu vực trên thế giới tháng 05/2008 .2

Bảng 2.1: Liệt kê một vài loại chất độn đang được sử dụng phổ biến hiện nay .5

Bảng 2.2: Thể hiện hệ số tán xạ ánh sáng s và hệ số hấp thụ k của một vài loại bột

và chất độn 11

Bảng 2.3: Thể hiện một vài chỉ số về mức chất độn cho vào những loại giấy

khác nhau 12

Bảng 2.4: Mô tả hệ số phản xạ toàn phần về những chỉ số của những vật liệu

thích hợp 155

Bảng 2.5: Thang đo của Moh về độ cứng tương đối của các khoáng chất 188

Bảng 3.1: Tiêu chuẩn chất lượng CaCO3 288

Bảng 3.2: Mức dùng các chất phụ gia cho vào trong giấy in tại công ty

Giấy Tân Mai 299

Bảng 4.1: Những giá trị tương ứng về định lượng, chiều dài đứt và độ bền kéo

của tờ mẫu handsheet 388

Bảng 4.2: Những giá trị tương ứng về định lượng và độ bền xé của tờ

mẫu handsheet 400

Bảng 4.3: Các giá trị về định lượng, độ dày, độ chặt và độ xốp của các tờ mẫu handsheet 422

Bảng 4.4: Các giá trị về định lượng và độ thấm dầu của các tờ mẫu handsheet 433

Bảng 4.5: Giá trị của các loại bột tương ứng với 6g bột KTĐ và độn sau khi được tính 455

Bảng 4.6: Những giá trị tương ứng về độ đục của các tờ mẫu handsheet 455

Bảng 4.7: Những giá trị tương ứng về độ trắng đo được của các tờ mẫu handsheet 466 Bảng 4.8: Các giá trị về khối lượng mẫu trước khi nung, khối lượng độn, khối lượng bột, khối lượng mẫu sau khi nung và khối lượng tro của các tờ mẫu handsheet .477

Bảng 4.9: Các giá trị về độ bảo lưu của chất độn CaCO3 trên tờ mẫu handsheet 477

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Chất độn Cao lanh 5

Hình 2.2 Chất độn TiO2 6

Hình 2.3 Chất độn CaCO3 7

Hình 2.4 Hình phóng đại của PCC và GCC 8

Hình 2.5 Các hình dạng phóng đại của chất độn CaCO3 9

Hình 2.6 Hình phóng đại của xơ sợi 20

Hinh 2.7 Hình phóng đại của bề mặt tờ giấy 20

Hình 3.1 Bình hút ẩm 35

Hình 3.2 Cân điện tử 35

Hình 3.3 Rây 300mesh 35

Hình 3.4 Chất độn CaCO3 35

Hình 3.5 Tủ sấy mẫu 35

Hình 3.6 Máy nghiền Hà Lan 35

Hình 3.7 Mấy quậy bột tiêu chuẩn 36

Hình 3.8 Máy đo độ SR 36

Hình 3.9 Máy quậy bột thô 36

Hình 3.10 Máy sấy nhanh 36

Hình 3.11 Các bình đựng mẫu 36

Hình 3.12 Máy ép tờ handsheet 36

Hình 3.13 Máy xeo tờ handsheet 37

Hình 3.14 Ống đong 1 lít 37

Hình 3.15 Các xô đựng mẫu bột 37

Hình 3.16 Mẫu bột CTMP 37

Hình 3.17 Mẫu bột hóa thớ dài 37

Hình 3.18 Mẫu bột hóa thớ ngắn 37

Hình 4.1 Máy đo độ bền kéo điện tử 38

Hình 4.2 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến CĐĐ của các tờ mẫu handsheet 39

Hình 4.3 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ bền kéo của các

tờ mẫu handsheet 39

Hình 4.4 Máy đo độ bền xé điện tử 40

Hình 4.5 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ bền xé của các tờ mẫu handsheet 41

Hình 4.6 Máy đo độ dày điện tử 41

Hình 4.7 Ảnh hưởng của chất độn đến độ chặt và độ xốp của các tờ mẫu handsheet 42

Hình 4.8 Máy đo độ thấm dầu 43

Hình 4.9 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ thấm dầu của các tờ mẫu handsheet 44

Hình 4.10 Phễu lọc chân không 44

Hình 4.11 Giấy lọc 44

Hình 4.12 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ đục của các tờ mẫu handsheet 45

Hình 4.13 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ trắng của các tờ mẫu handsheet 46

Hình 4.14 Tủ sấy cốc 47

Hình 4.15 Cốc và bình hút ẩm 47

Hình 4.16 Khả năng bảo lưu của chất độn CaCO3 trên các tờ mẫu handsheet 48

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Sau khi gia nhập tổ chức thương mại (WTO), nền kinh tế nước ta đang đứng

trước những thách thức và cơ hội vô cùng to lớn, chúng ta phải chấp nhận sự cạnh

tranh mạnh mẽ đến từ các quốc gia trên thế giới nhưng đồng thời đó cũng là động lực

thúc đẩy nền kinh tế nước ta đi lên Với một nền công nghiệp vốn lạc hậu của đất nước

ta sẽ gặp vô vàng khó khăn và nghành công nghiệp giấy là một ví dụ điển hình, vì thế

để có thể đứng vững trước những áp lực cao đó, nền công nghiệp nước ta cần phải

từng bước thích nghi và đổi mới Trong đó việc đổi mới công nghệ là một trong những

yếu tố quan trọng nhất, đối với nghành giấy cũng vậy điều mà rất cần thiết và bức xúc

với tình hình hiện nay đó là nghành giấy của chúng ta gần như đóng băng, vì giấy của

chúng ta có giá thành cao hơn mà chất lượng lại còn thấp so với các nước trên thế giới

nên rất nhiều nhà máy đang lâm vào cảnh trì trệ Để khắc phục được điều đó nghành

giấy cần phải cải tiến từng bước nhiều yếu tố công nghệ, một trong những yếu tố công

nghệ được nói đến không thể thiếu ở đây là những chất phụ gia cho vào giấy Và chất

phụ gia được nhắc đến là những loại chất độn, với mục đích khi gia vào trong giấy để

giảm giá thành (vì giá bột giấy thì cao hơn so với giá của chất độn), bên cạnh đó nó

còn giúp cải tiến những đặc tính của giấy như độ trắng, độ đục, độ chặt, khả năng thấm

mực in…

Ngày nay chất độn đã được sử dụng rộng rãi trong ngành giấy vì những đặc tính

ưu việt và lợi ích kinh tế cao của nó mang lại Một điều rất quan trọng là không phải

loại giấy nào cũng cần bổ sung chất độn và đừng vì lợi ích kinh tế cao của nó mà dùng

quá nhiều, nó phải được sử dụng trong một mức giới hạn nào đó, vì khi sử dụng chất

độn không hợp lý và không đúng loại giấy thì gây ra những mặt tiêu cực như làm giảm

đi các đặc tính quan trọng cần có của một loại giấy mà nó còn gây ra sự lãng phí

Chẳng hạn như giấy carton không cần độ trắng mà chỉ cần các độ bền cơ lý cao thì

không cần bổ sung chất độn, còn những loại giấy như cần độ trắng cao như giấy in,

giấy viết thì rất cần Vì vậy đề tài này sẽ cho chúng ta một cách nhìn tổng quát về chất

độn, để từ đó tận dụng một cách hiệu quả những ưu điểm mà nó mang lại

1.2 Mục tiêu của đề tài

chất độn bao nhiêu là hợp lý để vừa mang lại chất lượng cao cho giấy và vừa mang lại

hiệu quả kinh tế cao

1.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đối với những loại giấy có sử dụng chất độn thì việc sử dụng nó đúng phương

pháp và đúng liều lượng sẽ mang lại cho giấy những đặc tính nổi trội không những thế

nó còn đem lại hiệu quả kinh tế cao đây là điều quan trọng nhất Hiện tại nghành giấy

trong nước của chúng ta đang gặp rất nhiều khó khăn do giá giấy của chúng ta cao hơn

các nước trên thế giới Do đó để tăng sự cạnh tranh thì phải giảm giá thành, muốn thực

hiện được điều này thì cần có nhiều yếu tố đóng góp tạo nên Trong đó chất độn là một

phần không thể thiếu, vì bột giấy có giá thành cao hơn chất độn nên khi cho nó vào

giấy sẽ làm giảm lượng bột để tạo nên tờ giấy do đó sẽ làm giảm giá thành sản phẩm

Bảng 1.1: Giá bột giấy giao dịch tại các khu vực trên thế giới tháng 05/2008

Tại Châu Âu

920 890

Tại Mỹ

880 840

Tại Trung Quốc - Asia

770 780

(Phòng Thị trường tổng hợp-Nguồn Pulp Watch )

1.4 Giới hạn của đề tài

Vì đề tài được tiến hành thí nghiệm trong 2 tháng nên còn rất nhiều hạn chế

thêm vào đó điều kiện làm tại phòng thí nghiệm còn nhiều thiếu thốn nên có một số

vấn đề của đề tài chưa được thực hiện Một điều đặc biệt nữa là khả năng bảo lưu của

chất độn bảo lưu tốt trên giấy sẽ tạo nên tờ giấy có chất lượng tốt và ngược lại Nên

khi tiến hành thí nghiệm trên tờ handsheet trong phòng thí nghiệm thì khả năng bảo

lưu sẽ không đạt hiệu quả như mong muốn như trong sản xuất thực tế

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Lịch sử của việc sử dụng chất độn trong nghành giấy

Chất độn đã được sử dụng trong ngành giấy cách đây 2000 năm ở Trung Quốc

lý do chính của việc sử dụng chất độn là vì tính kinh tế của nó, chất độn từ khoáng sản

tự nhiên thì rẻ hơn xơ sợi Theo người cổ xưa ở Trung Quốc cho chất độn vào giấy

được xem là một hình thức gian lận và có thể bị truy tố

Thời gian trôi qua, có một điều đã được khám phá là một vài chất độn có thể cải

tiến một số đặc tính hữu dụng của giấy viết và giấy in, nó giúp cải tiến chất lượng

đồng thời đồng thời góp phần giảm giá thành của giấy Hơn thế nữa hiện nay chất độn

đã khẳng định được chức năng quan trọng của nó Thuật ngữ “chất độn” có thể được

gọi để phân biệt, chỉ mục tiêu của nó là lấp đầy các lỗ hỗng trong tờ giấy Như điều

vừa nêu ở trên, thì nó đã được đơn giản hóa Chất độn có thể được xem như một loại

bột màu trắng cho vào trong tờ giấy Sự khác biệt tên gọi giữa “ filler” và “pigment”

trong ngành giấy thì được gọi một cách tùy thích Chất độn là một nguồn nguyên liệu

được sử dụng rộng rãi làm chất phụ gia trong ngành giấy, được đánh giá có một giá trị

và chất lượng rất quan trọng Lượng chất độn tiêu tốn hàng năm trong ngành công

nghiệp giấy là khoảng 10 triệu tấn trên thế giới Chất độn được cho vào giấy thường sẽ

là những khoáng chất mịn, đa số nó được khai thác từ các khoáng sản tự nhiên, tuy

nhiên có vài loại đặc biệt là nhân tạo Nguyên liệu tự nhiên sau đó sẽ đuợc nghiền mịn

theo nhiều cách khác nhau Trong suốt những năm gần đây có một vài loại chất độn

hữu cơ đã được sử dụng trên thị trường, dựa vào nguồn nguyên liệu chính là polymer

Trong nhiều trường hợp thì nguyên liệu nhân tạo đắt hơn nguyên liệu tự nhiên và

thường được gọi là bột màu Không có sự khác biệt rõ ràng giữa những nguyên liệu

được gọi là chất độn và những chất phụ gia cho vào trong giấy

2.2 Vài nét tổng quan về chất độn

Trên toàn thế giới, có hơn 50 triệu tấn chất độn với tổng giá trị xấp xỉ 25 tỷ euro

đã được sử dụng hàng năm trong nhiều ứng dụng của nhiều lĩnh vực chẳng hạn như

giấy, chất dẻo, cao su, sơn và keo dán Chất độn là những khoáng chất, vô cơ bột màu

trắng, không tan trong nước, chúng thường là những chất khoáng có sẵn trong tự nhiên

dioxit titan,…Chất độn, được sản xuất bởi hơn 700 công ty trên toàn cầu, là một loại

nguyên liệu thô rất quan trọng và có chứa trong nhiều loại thực phẩm cung cấp cho

nhu cầu hàng ngày của người tiêu dùng

Trước kia, chất độn thường được dùng cho những sản phẩm rẻ tiền Ngày nay,

nó đã được nhận ra là cũng có thể cải tiến những đặc tính kỹ thuật của sản phẩm Theo

như một kết quả, một trong những đặc tính điển hình tối ưu của chất độn là kích thước

hạt nano hoặc khả năng xử lý bề mặt cho sản phẩm đã được ứng dụng

trường đã được sử dụng chủ yếu vào nghành công nghiệp giấy và nghành công nghiệp

chất dẻo

Một xu hướng khác có thể được thấy là có sự chuyển đổi một phần thị trường

chất độn từ Bắc Mỹ và châu Âu sang châu Á, đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ Có

một vài lý do về sự phát triển này, nhưng có 2 yếu tố chính có thể được nhấn mạnh ở

nhiều nên giá của chất độn thấp Thứ hai, những nghành công nghiệp sản xuất những

sản phẩm giấy, cao su và chất dẻo đã được chuyển đổi từ những nước có nghành công

nghiệp phát triển sang những quốc gia có nguồn nhân công rẻ Nhu cầu chất độn ngày

một tăng không chỉ ở các quốc gia châu Á mà còn ở các nước xuất khẩu như Châu Âu

và Bắc Mỹ Toàn bộ thị trường chất độn thì được kỳ vọng sẽ tăng trưởng với mức

trung bình khoảng 3% trên năm đạt 74 triệu tấn (khoảng 48 tỷ euro) đến năm 2016 bởi

vì tất cả những thị trường quan trọng đều có khuynh hướng tăng trưởng và tỷ lệ phần

trăm chất độn trong các sản phẩm sẽ tăng lên ngày càng lớn mạnh

2.2.1 Các loại chất độn thường dùng trong nghành giấy

2.2.1.1 Hệ thống hóa các loại chất độn

Nhiều loại nguyên liệu được nhắc đến trong nghành công nghiệp giấy như chất

độn là một điển hình Tuy nhiên chỉ có một ít là được sử dụng rộng rãi, và sẽ được

xem xét ở đây Nguyên liệu chất độn đã được hệ thống theo nhiều cách Cách phổ biến

nhất mà đơn giản là phân biệt giữa loại tự nhiên và tổng hợp, tức là dựa vào nguồn gốc

xuất xứ của chúng Có một vài loại cũng có cả tự nhiên và tổng hợp Những chất độn

tự nhiên thì được sản xuất từ các quặng khoáng chất sau đó được nghiền, làm sạch và

cuối cùng là nghiền tinh trước khi được xuất đi Có một số loại chất độn tự nhiên hơi

bẩn và do đó độ trắng thấp hơn các chất độn nhân tạo nên chúng sẽ rẻ hơn

Bảng 2.1: Liệt kê một vài loại chất độn đang được sử dụng phổ biến hiện nay

Chất độn

Diện tích bề mặt riêng

Độ trắng, ISO

Chỉ số khúc

xạ, η

Khối lượng riêng,

Độ cứng, thang đo Moh

3.9 4.2

3 – 4 5.5 - 6

2.2.1.2 Cao lanh (đất sét, cao lanh)

Cao lanh là một loại chất độn tự nhiên,

hình thành do sự phong hóa của mỏ đá spat

Mỏ đá spat thông thường tồn tại có sự kết hợp

phần này làm bẩn hợp chất Cao lanh

Một vài thuận lợi tương quan có được

từ Cao lanh

- Giá cả hợp lý

- Bền trong môi trường hóa học

anatas, rutil và brookit, nó có một đặc tính

đặc biệt vừa là chất độn và vừa là bột

màu, có hệ số khúc xạ cao Nguyên liệu

này chỉ có thể tổng hợp và công đoạn sản

xuất rât phức tạp do đó nó rất đắt Tuy

nhiên lượng tiêu thụ của nó mở rộng rất

nhanh Từ bảng 2.1 có một điều chú ý là

ra những bất lợi rất đáng quan tâm

2.2.1.4 Talcum

Talcum là một loại chất độn đã được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong giấy tạp

chí Nguyên liệu này có mối tương quan rất gần với Cao lanh, có cấu trúc phân tử

đồng dạng Tuy nhiên có một vài điểm khác nhau: Talc thì xốp hơn, không thấm nước

và ưa dầu Những thuận lợi của nguyên liệu này là bảo lưu ban đầu cao, giảm khoảng

trống, và hao mòn thấp Lượng talc chứa trong giấy có khả năng thấm hút mực rất tốt

tuy nhiên đây cũng có thể là vấn gây ra hiện tượng bong tróc đồng thời độ trắng của

talc thì hơi thấp

2.2.1.5 Chất độn, bột màu tổng hợp và hữu cơ

Trong những năm gần đây, lượng chất độn nhân tạo dựa trên việc tổng hợp đã

được phát triển và tiếp thị Chúng có ưu điểm là được điều chỉnh sao cho phù hợp với

mục đích sử dụng cuối cùng hoặc tùy theo yêu cầu Tuy nhiên nó cũng có những đặc

tính không tốt và không kinh tế so với các nguyên liệu độn vô cơ điều mà làm giảm

động lực để thúc đẩy phát triển loại nguyên liệu này Tuy nhiên những nguyên liệu

Hình 2.2: Chất độn TiO2

độn vô cơ thường có hình dạng không đồng nhất, và kích thước các hạt phân bố lớn

Còn chất độn hữu cơ dễ điều chỉnh được hình dạng nên có kích thước hạt rất đồng đều

Trọng lượng riêng thấp là yếu tố chính làm cho nguyên liệu này đặc biệt phù hợp cho

giấy điều mà rất cần cho giấy có định lượng thấp kết hợp với độ đục cao và đồng đều

2.2.1.6 CaCO 3 , gồm có bột đá vôi nghiền GCC (bột đá vôi, bột đá phấn, bột

đá hoa cương) và bột đá vôi kết tủa PCC

chúng không bền trong môi trường pH (pH

= 4.5 – 5) khi trong quá trình sản xuất giấy

chất bảo lưu, giống như gia keo nhựa

với cao lanh như giá thành thấp hơn, độ

trắng cao hơn và độ bền giảm thấp hơn

trong tờ giấy trên một đơn vị khối lượng

hòa các chất acid trong giấy, vì chính

những chất acid này sẽ tiếp tục phát triển

khi tờ giấy đã thành phẩm dẫn đến làm

giảm chất lượng của tờ giấy

nguồn chất độn trong giấy Lý do chính rất rõ ràng là lượng dùng chất độn có thể được

từ việc chuyển đổi nguyên liệu này

chuyển đổi môi trường gia keo acid (phèn nhôm, nhựa thông) thành gia keo trung tính

Công đoạn gia keo trung tính đã được phát triển vào khoảng những năm 1960 nhưng

công đoạn này thì phức tạp và khó khăn hơn gia keo bằng nhựa thông, vì thế khi sử

những hiệu quả tích cực cho ngành công nghiệp giấy Trên thế giới việc sản xuất

Hình 2.3: Chất độn CaCO3

những sản phẩm giấy cao cấp được phát triển một cách nhanh chóng là nhờ vào sự

độn trong nhiều loại giấy Không giống như Cao lanh, có rất nhiều khoáng sản có chứa

tinh khuyết và độ trắng rất cao Nó thì hơi cứng hơn Cao lanh Đá vôi nghiền thì có

giống nhau, giống như đá sau khi nghiền Kích cỡ của các hạt chất độn có ý nghĩa thật

sự, nó ảnh hưởng đến các tính chất của giấy

Phân biệt giữa GCC và PCC

Về thành phần hóa học, thì chúng giống nhau PCC thì tinh khuyết hơn đá vôi

và thấp hơn thạch anh Hình dạng của PCC và kích thước thì khác với GCC Dưới sự

phóng đại, GCC có hình dạng là những khối hình thôi không đồng nhất Hình dạng của

tinh thể PCC thì phụ thuộc vào sản phẩm, và các hạt thì đồng đều và đồng nhất hơn

Sự phân bố kích thước của các hạt GCC thì rộng hơn nhiều so với các hạt PCC cùng

kích thước vì nó có nhiều hạt lớn hơn và hạt nhỏ hơn hơn PCC, và nó cũng có nhiều

hạt rất lớn so với PCC Đây là những hình ảnh có thể phân biệt dễ dàng giữa PCC và

GCC với cùng một kích thước hạt trung bình là 0,7 mµ

Hình 2.4: Hình ảnh phóng đại của PCC và GCC

Cấu trúc phổ biến của cả PCC và GCC là hình lục giác được biết như CaCO3,

khối tam giác

2.2.2 Ưu nhược điểm của chất độn

2.2.2.1.Ưu điểm

- Lấp đầy những khoảng trống giữa các xơ sợi bột, làm tăng độ trắng, độ đục và

độ nhẵn cho tờ giấy, giảm sự biến dạng của tờ giấy nếu gặp nước, những tính chất này

là quan trọng đối với giấy viết, giấy in

- Làm giảm giá thành của tờ giấy vì hầu hết các chất độn (trừ titan dioxit) đều

rẻ hơn bột giấy

2.2.2.2 Nhược điểm

- Làm giảm sự liên kết giữa các xơ sợi dẫn đến giảm độ bền cơ lý, giảm độ

cứng của tờ giấy, làm giấy dễ bị bong sơ trong quá trình in hay photo

Hình 2.5: Các hình dạng phóng đại của chất độn CaCO3

- Làm tăng tính hai mặt của tờ giấy

- Làm tiêu tốn thêm các chất phụ gia (keo chống thấm, chất bảo lưu…)

- Gây ra sự mài mòn, nhất là trên lưới xeo

2.2.3 Những đặc tính hữu dụng của chất độn trong nghành giấy

2.2.3.1 Ảnh hưởng của chất độn đến giấy

Chất độn được xem là một thành phần không thể thiếu làm nên tờ giấy như xơ

sợi, những hạt chất độn thì rất nhỏ, không có khả năng kết dính như xơ sợi hoặc các

liên kết nào khác giữa chúng Diện tích bề mặt riêng ( bề mặt diện tích trên một đơn vị

khối lượng ) của chúng thì lớn hơn của xơ sợi Trong suốt quá trình định hình tờ giấy,

những hạt chất độn thì được bố trí giữa những xơ sợi, đó là quá trình phân chia của

chúng Chúng cũng chèn vào các mao dẫn giữa những xơ sợi Diện tích bề mặt tiếp

xúc của xơ sợi so với không khí, chất độn so với không khí và xơ sợi so với chất độn

sẽ tăng lên trong tờ giấy Những mặt tiếp xúc này sẽ góp phần tác động đến tính khúc

xạ và phản xạ ánh sáng của giấy Kết quả là hệ số tán xạ ánh sáng của tờ giấy sẽ gia

tăng, đồng thời độ trắng và độ đục của tờ giấy cũng sẽ được nâng cao

Nói một cách khác, cũng chính sự phân bố của các hạt chất độn sẽ làm giảm sự

liên kết giữa những xơ sợi với nhau, đó là nguyên nhân làm cho độ bền của tờ giấy

giảm xuống Sự thiết lập các kết dính với nhau là một khả năng tự nhiên của xơ sợi và

nó sẽ cố định các hạt chất độn trong cấu trúc của tờ giấy Vì vậy các phân tử chất độn

nhỏ hơn nhiều so với xơ sợi, chúng sẽ có ít khuynh hướng tạo thành những cục hoặc

tảng Theo đó chúng sẽ làm cho tờ giấy trở nên đồng đều hơn; cải tiến được sự tạo

quả này được nâng cao nhờ vào những đặc tính ưu việt của một số chất độn như (Cao

lanh, talc) Trong thực tế cũng có những loại chất độn có độ trắng cao mà rẻ và do đó

khi cho vào tở giấy sẽ làm cho độ trắng tăng lên mặc dù giấy đó được sản xuất từ bột

có độ trắng trung bình (bột cơ) Giấy tạp chí là một ví dụ

Rút ra từ cơ chế vận hành, một điều được ghi nhận là khi độ nghiền của thành

phần xơ sợi trong tờ giấy được tăng lên thì có thể thu được những thuận lợi, như bột

sau khi nghiền sẽ tránh được chiều dài ít bị cắt ngắn và đảm bảo được độ bền Tuy

nhiên phương pháp này cũng sử dụng một cách có giới hạn, vì khi nồng độ nghiền cao

thì gây ra những nguyên nhân về vấn đề thoát nước và một số vấn đề về chất lượng

2.2.3.2 Lý do của việc sử dụng chất độn trong giấy

Lý do sử dụng chất độn trong giấy là vì tính kinh tế và chức năng của nó Nhiều

chất độn đã được ứng dụng là vì nó rẻ hơn nhiều so với xơ sợi Theo đó khi sử dụng

chất độn sẽ làm cho sản phẩm có giá thành thấp hơn Những đặc tính quan trọng của tờ

giấy sẽ được cải tiến, như độ trắng và độ đục, hình dạng, độ nhẵn bề mặt, độ bóng và

khả năng thấm mực in…Yêu cầu làm tăng các đặc tính chất lượng của tờ giấy đã ngày

một gia tăng Những hiệu quả hữu dụng của chất độn đối với những tính năng của tờ

giấy trở nên ngày càng quan trọng hơn

Bảng 2.2: Thể hiện hệ số tán xạ ánh sáng s và hệ số hấp thụ k của một vài loại bột

loại bột và chất độn Khi cho chất độn vào giấy, hệ số tán xạ thực sẽ bị ảnh hưởng

mạnh mẽ bởi các liên kết trong tờ giấy bị thay đổi

2.2.3.3 Những loại giấy sử dụng chất độn

Đầu tiên, những lợi ích kinh tế của chất độn đã gây nên một tranh luận về việc

có nên hay không nên cho chất độn vào tất cả các loại giấy Hiệu quả của chất độn lên

tờ giấy là rất đáng ghi nhận tuy nhiên nó cũng gây ra nhiều tổn hại đến các đặc tính

thiết yếu của nhiều loại giấy Trường hợp đặc biệt có một số loại giấy chỉ xem độ bền

là thiết yếu còn độ đục và độ trắng thì có ít tính năng quan trọng Trong thực tế, công

dụng chính của chất độn được sử dụng cho các loại giấy cần độ trắng, độ đục và độ

đồng đều và tất nhiên là không tránh khỏi việc độ bền của tờ giấy bị giảm Tuy nhiên,

ở đây cũng có ngoại lệ với việc cho chất độn vào giấy in báo, nó là trường không được

phổ biến vì với giấy in báo thì không cần độ trắng cao nên chỉ cần sản xuất với độ

trắng của bột cơ là đủ Lý do chính cho vấn đề này là chất độn sẽ bù vào việc làm giảm

chi phí của các thành phần bổ trợ vào bột cơ để tăng độ trắng như: hoá chất tẩy trắng,

bột hóa xơ sợi dài mà đây là những nguyên liệu có giá thành cao hơn chất độn, mặc dù

khi cho chất độn vào nó sẽ làm giảm độ bền của giấy Do đó khi cho chất độn vào sẽ

tiết kiệm chi phí Đối với giấy bao bì, độ bền giảm thông thường sẽ không chấp nhận

được Độ đục và độ trắng thì không quan trọng với những loại giấy này, nghĩa là chất

độn hiếm được sử dụng ở đây Giống như các loại giấy thấm hút, các đặc tính chất

lượng chính là cấu trúc mở, kết hợp với độ bền chắc chắn

Từ những điều đã biết, có một điều hiển nhiên là giấy được sản xuất từ bột gỗ

cứng sẽ ít sử dụng chất độn hơn các loại giấy được sản xuất bột từ gỗ mềm Hay nói

cách khác, giấy được sản xuất từ bột gỗ cứng sẽ có các đặc tính độ đục, định hình và

độ nhẵn tốt hơn các loại giấy được sản xuất từ gỗ mềm

Bảng 2.3: Thể hiện một vài chỉ số về mức chất độn cho vào những loại giấy khác

nhau

Mức chất độn cho vào các loại giấy

Đối với mỗi loại giấy thì tỷ lệ chất độn cho vào sẽ khác nhau Những chất độn

điển hình cho vào các loại giấy khác nhau ở các mức khác nhau Một điều chú ý là có

sự biến động lớn bên trong mỗi loại giấy Những yêu cầu về độ bền bề mặt, độ cứng,

độ nhẵn…có ý nghĩa khác biệt về các nguyên tắc in khác nhau của tờ giấy

2.2.3.4 Phương pháp cho chất độn vào giấy

Chất độn có thể được hòa trộn vào bên trong bột trước khi băng giấy được định

hình Một phương pháp khác, chất độn có thể cho lên trên bề mặt tờ giấy sau khi tờ

giấy đã được xử lý (phủ một lớp bột màu) Công đoạn xử lý sau cùng này sẽ tạo ra sản

phẩm tốt hơn, vì trong trường hợp này bột màu được cho vào trong bột trước để bổ

sung tính kết dính trong tờ giấy, tuy nó hơi phức tạp và tốn kém Sau đó chất độn được

hòa với nước rồi cho vào bột, nó sẽ phân tán trong bột và không tạo nên bất kỳ sự kết

dính đặc biệt nào trong tờ giấy Việc tráng phủ một lớp bột màu được xem là phương

pháp truyền thống trong một công đoạn để nâng cao chất lượng tờ giấy và do đó hiện

nay nó vẫn được ứng dụng

2.2.3.5 Liều lượng chất độn cho vào giấy

Ít tốn kém (tiết kiệm chi phí) là một ưu đãi mà chất độn mang lại khi lượng cho

vào lớn Trong thực tế, chất phụ gia sẽ bị giới hạn đến một mức nào đó bởi một vài

đặc tính cơ học (độ bền) bị giảm mà không có cách nào tránh được, ở đây có thể là độ

cứng, độ bền kéo và những đặc tính khác Đối với giấy in, giấy viết, nó sẽ ảnh hưởng

đến độ bền bề mặt…gây tổn hại đến độ chịu bong và độ chịu kéo của tờ giấy khi in

hoặc viết lên nó Khả năng bám chắc của mực in giảm, ít bắt mực lên bề mặt tờ giấy

trong suốt quá trình in, và độ bền bề mặt giảm do sử dụng lượng chất độn quá cao

Trong in offset, mực in có khả năng bám chắc rất cao đã được sử dụng để khắc phục

nhược điểm bám chắc thấp của mực in trong khi in chìm

Ngay cả lượng chất độn được chấp nhận để đưa vào sản xuất cũng sẽ bị ảnh

hưởng bởi sự thiết kế của các loại máy xeo và qui trình công nghệ Đối với những máy

xeo dài khi sản xuất ra tờ giấy thì sự phân bố của chất độn không được đồng đều (mặt

trên của tờ giấy có lượng chất độn cao hơn mặt dưới) Do đó tờ giấy khi được sản xuất

từ máy xeo lưới đôi sẽ có lượng chất độn được bố trí ít đồng đều hơn máy xeo dài Có

những loại máy xeo được trang bị để gia keo bề mặt, độ bền bề mặt sẽ được tăng lên

bằng cách xử lý này, cho phép sản xuất giấy đế với hàm lượng chất độn cao hơn Ngày

nay với công nghệ tiên tiến, với hiệu quả của chất trợ bảo lưu sẽ tạo ra tờ giấy có chất

lượng cao hơn vì sự phân bố đồng đều của chất độn trong suốt quá trình hình thành

băng giấy, cho phép mức dùng trung bình của chất độn trong tờ giấy cao hơn so với

phương pháp truyền thống Hệ thống bảo lưu hai thành phần hiện đại, sử dụng tinh bột

cation, càng làm tăng tính hiệu quả của chất độn đối với nhiều loại giấy

Hàm lượng chất độn cho vào trong tờ giấy được xác định bằng cách đốt cháy tờ

giấy đã xác định khối lượng sau đó đem cân lượng tro Phương pháp đốt cháy phải

được tiến hành trong điều kiện tiêu chuẩn Chất độn có thể hơi bị thay đổi trong suốt

quá trình đốt, nguyên nhân là do tổng lượng tro nhỏ hơn tổng lượng chất độn được cho

vào tờ giấy Đối với đất sét của Anh, nó được sử dụng rộng rãi trên thế giới, kết quả là

vì nó thu được khoảng 87% lượng tro khi đốt trong điều kiện tiêu chuẩn, thậm chí

canxi cacbonat còn cao hơn Khi đánh giá giá trị của chất độn đã được liệt kê, một điều

nên chú ý vào là loại chất độn hiện tại đang sử dụng hoặc lượng tro đã được liệt kê

2.2.4 Những yêu cầu về những tính năng đối với chất độn

Bên cạnh tính kinh tế là vì giá thành chất độn có thể thấp nhất đưa ra các ảnh

hưởng tích cực nhất đến các đặc tính của tờ giấy, một điều nữa là các tính năng của

chất độn đã được liệt kê thành một nhóm (theo sau các liệt kê cơ bản theo một trình tự,

5 Không hòa tan trong nước và chậm phản ứng với hóa chất

6 Khả năng bảo lưu cực tốt trên băng giấy

7 Khối lượng riêng thấp

8 Thấp hút mực in tốt

9 Tạo ra tờ giấy có bề mặt tốt

Sau đây sẽ trình bày các yêu cầu về tính năng của chất độn một cách chi tiết hơn

2.2.4.1 Độ trắng cao

Giấy in và giấy viết phải sáng, không có màu nào nổi trội hơn, để đem lại sự

tương phản hiệu quả khi in và khi viết Điều này đòi hỏi chất độn phải không có màu,

để không gây ra sự hiện tượng nhiễu màu khi thực hiện in ấn trên giấy

Độ trắng thực tế của giấy phụ thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng Với giấy

in báo và giấy tạp chí độ trắng có thể đạt tới thì bị giới hạn bởi chúng được sản xuất từ

bột cơ nên có độ trắng thấp (khoảng 60 ISO), vì thế chất độn thật sự có ý nghĩa khi sử

dụng cho giấy có độ trắng thấp hơn là khi sử dụng cho giấy cao cấp được sản xuất từ

bột hóa đã tẩy trắng (có độ trắng 88 – 90 ISO) Tuy nhiên để thực hiện ước muốn là

làm tăng độ trắng của giấy có chứa bột cơ thì chất độn sử dụng phải có độ trắng cao

hơn bột cơ Từ đó độ trắng của chất độn sẽ tác động một cách có hiệu quả bởi sự tinh

khuyết của nó, và kết quả là có sự tương quan rõ ràng giữa độ trắng của chất độn và

giá cả Độ trắng của chất độn trên thị trường thấp hơn 80 ISO thì hiếm khi được sử

dụng cho sản xuất giấy

2.2.4.2 Hệ số khúc xạ ánh sáng cao

Đây có thể là chức năng quan trọng cơ bản nhất về lý do tại sao mà ứng dụng

chất độn trong giấy, là để làm tăng độ đục Điều cơ bản về độ đục của một vật không

màu là khả năng tán xạ ánh sáng (đối chiếu với phương trình tính toán và lý thuyết của

Kubelka – Munk) Trước khi được biết đến bởi sự hiệu quả của hệ số khúc xạ, thì các

hạt chất độn hay được nhắc đến bởi vai trò chính là làm tăng độ đục, khuynh hướng

của chúng là phân nhỏ ra và chèn vào trong các khoảng trống của xơ sợi, kết quả là

làm tăng diện tích tiếp xúc của không khí đối với xơ sợi, chính điều đó làm tăng độ

đục

Từ tính chất vật lý của sóng ánh sáng, chúng ta biết rằng khi ánh sáng truyền

vào giữa một bề mặt phân chia của một vật có bề mặt không hấp thụ ánh sáng này đến

một bề mặt của một vật kia, một phần ánh sáng sẽ thay đổi hướng Tỷ lệ giữa hướng

của ánh sáng tới và chùm ánh sáng bị khúc xạ được gọi là hệ số khúc xạ Lý do về hiện

tượng ánh sáng khúc xạ là vì tốc độ của ánh sáng đối với 2 vật không giống nhau Hệ

số khúc xạ ánh sáng thì được tính bằng tỷ lệ tốc độ ánh sáng giữa 2 vật Hệ số khúc xạ

không giống với chiều dài sóng của ánh sáng Tỷ lệ η giữa tốc độ ánh áng trong chân

Khi ánh sáng truyền từ vật thể này đến vật kia, thì tỷ đối của hệ số khúc xạ (đã được

thí nghiệm) được tính như tỷ lệ giữa hệ số khúc xạ toàn phần của 2 vật

Bảng 2.4: Mô tả hệ số phản xạ toàn phần về những chỉ số của những vật liệu thích hợp

Hệ số khúc xạ, η, và chỉ số của những vật liệu ảnh hưởng đến đặc tính chắn sáng của

Hệ số khúc xạ của một vài vật liệu liên quan đến độ chắn sáng và độ trắng của

giấy Theo đó một yêu cầu chung về khúc xạ ánh sáng, khi ánh sáng truyền từ một vật

thể này đến một vật thể khác phải có sự khác nhau về hệ số khúc xạ ánh sáng đặc

trưng của 2 vật thể Sự khác biệt lớn giữa hệ số khúc xạ ánh sáng đặc trưng là cường

độ tán xạ ánh sáng lớn của vật thể Từ bảng 2.4 ta quan sát thấy hệ số khúc xạ của

không khí là 1.0, còn cellulose là 1.53 Độ rỗng ở giữa và bên trong của xơ sợi thì

được chèn đầy bởi không khí Sự khác nhau cơ bản về hệ số khúc xạ ánh sáng giữa

không khí và cellulose chính là sự tồn tại khả năng thấu quang của vật thể trong tờ

giấy Bằng việc gia tăng mật độ liên kết của xơ sợi (độ bền của tờ giấy), diện tích tiếp

xúc của không khí so với xơ sợi sẽ bị giảm, và kết quả là độ thấu quang của tờ giấy

trở nên đồng đều

Nếu chất độn làm tăng diện tích bề mặt không khí so với chất rắn trong tờ giấy,

độ thấu quang tăng, tuy nhiên độ bền giảm Một điều có thể đạt được là tạo ra ảnh

hưởng của khúc xạ ánh sáng trong bề mặt tiếp xúc của xơ sợi so với chất độn mà vẫn

giữ được liên kết của xơ sợi Nếu vậy thì xơ sợi và chất độn phải có hệ số khúc xạ ánh

sáng khác nhau

Một số liệu đáng ngạc nhiên về những vật thể chất lỏng và chất rắn có hệ số

khúc xạ nằm trong khoảng 1.50 – 1.60 (tra bảng 2.4), điều đó có nghĩa là cellulose

không có trong khoảng đó Do đó những vật thể này sẽ làm tăng độ thấu quang rất ít

khi được hòa trộn với cellulose, trừ khi chúng làm tăng diện tích tiếp xúc để tăng diện

1.56) có chỉ số rất gần với cellulose (1.53) và kết quả là khó thấy được sự tương tác rõ

mạnh, cả khi tiếp xúc với không khí và xơ sợi

2.2.4.3 Kích cỡ hạt tối ưu

Ảnh hưởng của chất độn lên độ thấu quang và độ trắng của giấy nguyên nhân là

do khúc xạ và phản xạ ánh sáng Như vậy hiện tượng này chỉ xuất hiện trên những bề

mặt Từ điều này nói lên tầm quan trọng về khả năng cản quang của vật thể có diện

tích bề mặt riêng lớn, có nghĩa là, chất độn nên phân tán tốt Hay nói cách khác, với

các tính chất của sóng cơ, nếu tính không đồng nhất (ở đây là chất độn) dưới một kích

thước cố định tồn tại trong môi trường nơi mà có sóng đang lan truyền, được so sánh

như bước sóng, mặt truyền sóng sẽ truyền nhưng không gây ra sư hư hại nào Như vậy

những hạt rất nhỏ cũng xuất hiện sóng lan truyền nhưng mà không nhìn thấy được

Hơi đơn giản hóa, từ quan điểm tán xạ ánh sáng, giả sử phân tử có kích thước

tối ưu với đường kính phân tử bằng một nữa bước sóng ánh sáng Ánh sáng nhìn thấy

nằm trong khoảng 400 – 700 nm (0.4 – 0.7 µm) Đường kính hạt tối ưu nên nằm trong

khoảng 200 – 400 nm

Theo khái niệm đường kính phân tử giả sử hạt có dạng hình cầu, một hình dạng

rất không phổ biến trong chất độn Hạt cao lanh có hình dạng đặc trưng là tấm mỏng

hình lục giác Một phương pháp để tính đường kính của phân tử có hình dạng khác

biệt là hình cầu, thì được dựa vào thể tích và diện tích bề mặt riêng Như vậy phương

pháp này thì đang được ứng dụng hiện nay

Chất độn được tạo ra từ những mảng lớn sau đó với kết quả của quá trình

nghiền thì kích thước hạt giảm đến một kích thước tối ưu Tuy nhiên không phải hạt

nào cũng có kích thước bằng nhau Một vài hạt sẽ trở nên quá nhỏ, và bị mất đi tính

thấu quang Để giảm sự mất mát, nó phải được chọn ra với các hạt có kích thước phân

tử trung bình hơi cao hơn kích thước tối ưu theo lý thuyết Bên cạnh đó, quá trình

nghiền thì phải thưc hiện một cách kỹ lưỡng

Những nhà cung cấp chất độn sẽ cung cấp những thông tin về kích thước hạt

chất độn Đó là một điều nên biết về các đặc tính khi đánh giá chất độn Để tận dụng

những hạt chất độn đã được liệt kê thì nên chắc chắn rằng khả năng phân tán của nó

luôn luôn tốt Sẽ thật tốn kém khi mua chất độn tốt và mắt tiển nhưng sau đó thì khả

năng không tốt như phân tán trong bột tạo thành những cục nhỏ và không phân tán

thành những hạt nhỏ Để chắc chắn hiệu quả của quá trính phân tán, chất độn trước khi

đưa vào sản xuất phải được kiểm nghiệm thật kỹ Khi chất độn được nghiền kỹ giá của

nó sẽ tăng, đối với mỗi loại giấy sẽ có một loại chất độn tương thích, tức là với cùng

một loại giấy mà yêu cầu có độ trắng khác nhau thì tương ứng với chất độn sử dụng

cũng cùng một loại nhưng mà độ nghiền sẽ khác nhau Chất độn được bán trên thị

trường chưa bao giờ có kích thước hạt nhỏ hơn kích thước có thể sử dụng được

SiO2 <= 0.1%, Fe2O3 <= 0.1%, Al2O3 <= 0.04%

Cỡ hạt < 200, 110μm, 80, 45, 25, Độ trắng >= 85%

Một điều nan giải là làm sao vừa đảm bảo được phân tán tốt và bảo lưu cũng

tốt Những phân tử nhỏ khả năng bảo lưu cơ học kém hơn những hạt có kích thước lớn

hơn Tuy nhiên khả năng bảo lưu của chất độn cũng bị ảnh của các chất trợ bảo lưu

cho vào Và chất trợ bảo lưu cho vào phải không kết tụ các hạt chất độn nhưng phải

kết gắn kết các phân tử riêng biệt với các xơ sợi bề mặt lại với nhau

2.2.4.4 Độ rắn thấp và không có tạp chất bẩn

Chất độn độ có độ cứng thấp là điều mong muốn nhưng ngược lại chất độn

cũng sẽ gây ra sự mài mòn ảnh hưởng đến quá trình vận hành máy móc (nghiền, bơm,

lưới xeo…) và những biến đổi của máy móc (tấm bảng định hình tờ giấy, quá trình in

ấn…) sẽ tăng khi chất độn có độ cứng tăng

Chất độn luôn mang theo các tạp chất Nhiều chất độn có nguồn gốc từ các

nó được rửa thật kỹ, một vài tạp chật vẫn bám lại Những hạt cứng và nhọn có khuynh

hướng gắn chặt vào các vật thể mềm, giống như lá chất dẻo trong bảng định hình, nơi

mà chúng sẽ bám vào rồi bám vào các lưới xeo Ngay cả những tạp chất có kích thước

hạt nhỏ nhưng lâu sẽ tích tụ lại và là nguyên nhân của hư hại

Để đánh giá độ cứng của các khoáng chất, người ta sử dụng thang đo Moh, để

độ cứng tương đối, có biên độ từ 1 -10

Bảng 2.5: Thang đo của Moh về độ cứng tương đối của các khoáng chất

Thang đo của Moh về độ cứng của các khoáng chất Những liệt kê tương đối về độ cứng các khoáng sản, theo trình tự độ cứng tăng dần

2.2.4.5 Không hòa tan trong nước và chậm phản ứng với hóa chất

Các chất độn đã được thí nghiệm trong môi trường hóa cơ và chúng đã cho thấy

rằng trong suốt quá trình sản xuất; qua những công đoạn biến đổi khác nhau và cho

đến công đoạn cuối thì nó không gây ra phản ứng nào Luận đề cổ điển đáng trân trọng

dụng như chất độn, nhưng không thích hợp với môi trường axit có trong bột do có sử

năm gần đây đã được thí nghiệm có chuyển đồi ấn tượng về tính kỵ nước cho giấy cao

cấp, và nó đã được sử dụng làm chất độn cho giấy

2.2.4.6 Khả năng bảo lưu cực tột trên băng giấy

Bảo lưu chất độn trong suốt quá trình lọc cơ học hiện tượng mà xuất hiện trong

suốt quá trình định hình tờ giấy, sẽ tăng với kích thước hạt

Ngày nay, chất độn càng hiệu quả khi có chất trợ bảo lưu chất độn và quá trình

bảo lưu sẽ trở nên tối ưu hơn

Chất độn mang điện tích dương sẽ tạo ra quá trình bảo lưu nhanh, mà không có

chất trợ bảo lưu Tuy nhiên, chỉ rất có rất ít chất độn mang điện tích dương Trong

trên thị trường

2.2.4.7 Khối lượng riêng thấp

Chất độn có khối lượng riêng thấp thì rất hữu dụng, vì một vài lý do:

- Tờ giấy sẽ bị thay đổi khi trọng lượng thay đổi, kết quả là khả năng tán xạ ánh

sáng trên một đơn vị diện tích sẽ thay đổi theo Tại bề mặt tiếp xúc giữa xơ sợi và chất

độn, những yếu tố khác không đổi, tồn tại ánh sáng khúc xạ tỷ lệ với thể tích và tỷ lệ

nghịch với khối lượng riêng

- Những hạt chất độn có trọng lượng riêng lớn sẽ khó giữ lại trong băng giấy

trên lưới một khi khối lượng riêng của hạt chất độn tăng lên

2.2.4.8 Thấm hút mực in tốt

Đối với những loại chất độn sử dụng trong giấy in, những ái lực của chúng với

mực in sẽ rất quan trọng Nguyên liệu chất độn nên thấm ướt mực in một cách dễ

dàng, giúp cho việc mực in được đồng đều và dễ dàng di chuyển hơn Chất độn cũng

nên giữ mực tốt (bền màu mực), với ước muốn giữ mực in trên bề mặt của tờ giấy

2.2.4.9 Tạo ra tờ giấy có bề mặt tốt

Giấy in và giấy viết sẽ được hỗ trợ các tính năng như bề mặt mềm mại, có biên

độ từ mờ tới bóng Chất độn nên đóng góp cho giấy với mong muốn làm cho bề mặt

tốt

Hình 2.6: Hình phóng đại của xơ sợi Hình 2.7: Hình phóng đại của bề mặt tờ giấy

2.3 Cấu trúc của giấy và sự cần thiết của chất độn

2.3.1 Cấu trúc của giấy

2.3.1.1 Giới thiệu về cấu trúc của giấy

Những đặc điểm chính về cấu trúc của giấy là:

- Thành phần của giấy là hệ không đồng nhất – hệ dị thể, phức tạp, nó là sự kết

hợp các sợi dài, các sợi ngắn và những hạt chất độn, chất keo, hạt chất màu có kích

thước khác nhau trong đó thành phần chính là các sơ sợi

- Sự phân bố các thành phần trên không theo một thứ tự nhất định nào cả - phân

bố dị hướng Sự phân bố dị hướng này chịu ảnh hưởng bởi phương pháp xeo (sử dụng

máy xeo dài hay máy xeo tròn hay máy xeo lưới đôi) và bởi mức độ kết bong của xơ

sợi trong huyền phù bột trước khi xeo

- Cấu trúc giấy là cấu trúc mao dẫn vì trong cấu trúc giấy có rất nhiều lỗ hổng

kích thước nhỏ Chính cấu trúc này làm cho giấy có khả năng thấu khí, hút nước, hút

ẩm và làm cho độ ẩm của giấy thay đổi tùy theo độ ẩm của môi trường

- Giữa các xơ sợi bột giấy và các thành phần khác trong giấy có hình thành liên

kết với nhau, chính sự liên kết này tạo nên độ bền của tấm giấy

- Cấu trúc của hai bề măt tấm giấy có sự khác nhau Thường thì mặt giấy tiếp

xúc với lước xeo thì thô nhám hơn mặt kia của tấm giấy

Chính cấu trúc dị thể của giấy dẫn đến hệ quả là: cùng một định lượng giấy

giãn – 20%, độ chịu bục – 20%