Keo chống thấm AKD

Nội dung :

1. Tổng hợp và nhũ hóa keo AKD

2. Hoạt tính của keo AKD

3.Cơ chế phản ứng của keo AKD và xơ sợi

4. Lượng dùng

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả dùng keo AKD

1. Tổng hợp và nhũ hóa keo AKD

Xét về cấu trúc, AKD là một keton không no. Quá trình tổng hợp có liên quan sự chuẩn bị axitclorua carboxylic, kế là phản ứng ngưng tụ vòng lacton thông qua sự tạo một axit trung gian bằng phản ứng tách hydrohalogenua trong dung môi hữu cơ.

Trong phản ứng điều chế trên, axit béo thường dùng ở dạng sáp, là hỗn hợp của ít nhất 5 axít béo khác nhau trở lên (chứa 14-22 nguyên tử cacbon. Trong mỗi loại AKD, một trong các axit sẽ chiếm tỷ lệ lớn nhất, là axit palmitic, axit lauric hoặc axit stearic, axit myristic…

AKD nguyên thể điều chế được ở dạng sáp, không tan trong nước, nhiệt độ trong khỏang 44-52⁰C.

Muốn sử dụng keo AKD làm keo chống thấm cho giấy thì cần phân tán chúng vào trong nước thành các hạt keo có kích thước thật nhỏ ( khỏang 0,5 – 2 µm) và phải tích điện cho các hạt này bằng cách dùng các hạt polyme cation bám lên các hạt keo để chúng tích điện dương thì chúng mới có khả năng bảo lưu được trên xơ sợi trong quá trình xeo.

Nhũ hóa keo như sau:

• · Phân tán sáp AKD dạng vảy nến trong dung dịch nước đun nóng tới nhiệt độ khỏang 75-90⁰C đã có chứa các chất phụ trợ khác (gồm chất ổn định nhũ tương: tinh bột cation; chất hoạt động bề mặt: lignin suphonat natri)
• · Sau khi sáp AKD tan hết thì nén ép dung dịch này chảy qua màng có lỗ thật mịn (khỏang 0,5 – 2 µm) rồi làm nguội để thu được nhũ tương AKD.
• · Một lượng nhỏ chất phân tán là tinh bột cation dạng mạch ngắn có độ tích điện cao cùng với một lượng nhỏ chất diệt khuẩn cần cho thêm vào nhũ tương để làm tăng thời gian bảo quản nhũ tương AKD.
• · Để hạn chế thời gian thủy phân của phân tử AKD trong quá trình bảo quản người ta phải hạ pH của nhũ tương xuống trong khỏang 2,5 – 3,5 bằng axit H₂SO₄ hoặc axit HCl. Nếu pH >6 thì phân tử AKD dễ tham gia phản ứng mở vòng lactone làm giảm hiệu quả gia keo AKD trên xơ sợi. Vì pH của nhũ tương là môi trường axit nên thiết bị chứa hay xử lý AKD trước khi gia vào bột giấy phải làm bằng vật liệu chống ăn mòn.

2. Hoạt tính của keo AKD

AKD có khả năng tham gia hai loại phản ứng:

AKD phản ứng với nhóm OH của xenlulo tạo thành cấu trúc ester β keton

Các dimer alkyl keten cũng phản ứng với nước để tạo thành axit β keton không bền và nó sẽ decarboxyl để tạo ra các keton tương ứng.

Các dimer alkyl keten cũng phản ứng với nước để tạo thành axit β keton không bền và nó sẽ decarboxyl để tạo ra các keton tương ứng.

3.Cơ chế phản ứng của keo AKD và xơ sợi

Tương tác giữa keo AKD và xenlulo gồm 4 giai đọan:

• · Những hạt keo phân tán được ổn định bằng điện tích dương trước hết sẽ được hấp thụ trên xơ sợi bằng lực hút tĩnh điện. Hàm lượng AKD để thực hiện giai đọan này sẽ thay đổi và nó liên quan với diện tích bể chứa bột, bơm, mực lưu chất trong thùng đầu, việc thêm tinh bột cation chính là để hỗ trợ cho sự bảo lưu AKD. Vị trí gia keo AKD vào dòng bột là từ bể chứa đầu máy đến bơm quạt hoặc hòm điều tiết
• · Khi băng giấy được sấy khô, sáp AKD được hấp thu sẽ nóng chảy nhờ nhiệt độ ở bộ phận sấy và sau đó dàn đều che phủ mặt giấy tốt hơn.
• · Phản ứng hóa học giữa AKD với nhóm OH của xenlulo. Phản ứung này chỉ diễn ra ở tốc độ cao khi phần lớn nước trong tấm giấy đã được bay hơi nghĩa là ở cuối giai đọan sấy.

Diễn ra quá trình định hướng của các phân tử AKD sao cho phần hydrocacbon là phần kỵ nước thì chĩa ra ngòai bề mặt tờ giấy, phần nhóm chức tạo thành liên kết với xơ sợi làm cho các phân tử AKD dính chặt lên bề mặt xơ sợi. nhờ định hướng này mà độ chống thấm tăng lên. Sự định hướng này không chỉ xảy ra trong quá trình sấy mà còn tiếp tục trong khỏang thời gian ngắn sau khi giấy được xeo xong, nghĩa là độ chống thấm vẫn tiếp tục tăng.

4. Lượng dùng

Tỷ lệ dùng AKD là 0,05- 0,15% (tính theo AKD nguyên sáp) so với khối lượng bột KTD. Nếu sản xuất giấy có dùng bột giấy tái sinh thì bột giấy này có lẫn keo AKD nên lượng dùng keo sẽ giảm hơn, nên chỉ cần dùng lượng 0,03 – 0,06%.

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả dùng keo AKD

§ Tỷ lệ chất độn cao thì tăng lượng dùng keo AKD vì chất độn hấp thu nhiều keo. Nên gia keo trước khi gia chất độn.

§ Tăng lượng dùng tinh bột cation thì tăng hiệu quả gia keo vì tinh bột cation làm tăng khả năng bám dính của keo AKD lên bề mặt xơ sợi.

§ Chọn chất trợ bảo lưu thích hợp khi gia keo AKD. Nên dùng hệ bảo lưu vi hạt.

§ Độ pH: keo AKD dùng hiệu quả trong khỏang pH = 8-9. Phản ứng của keo AKD với xơ sợi thuờng được xúc tác bằng các ion bicarbonat (HCO₃)-, do vậy người ta thường dùng một lượng nhỏ NaHCO₃ hoặc Na₂CO₃ vào dòng bột vừa để thúc đẩy phản ứng giữa keo AKD với xơ sợi, vừa để điều chỉnh pH trong khỏang 8-9. Khi dùng CaCO₃ làm chất độn thì nồng độ ion (HCO₃)- là thích hợp rồi nên không cần bổ sung thêm NaHCO₃ hoặc Na₂CO₃ nữa.

§ Độ kiềm tính và hiện tượng hồi keo

Độ kiềm tính là nồng độ in OH^- có trong dòng bột. Các ion OH- có trong dòng bột do hai lý do. Thứ nhất là do bổ sung Na₂CO3 hoặc NaHCO₃ quá nhiều. Thứ hai là khi dùng PCC làm chất độn, trong PCC có chứa tạp chất Ca(OH)₂ do quá trình điều chế PCC, Ca(OH)₂ chưa phản ứng hết với khí CO₂ để tạo thành CaCO₃. Nếu độ kiềm tính của dòng bột cao nghĩa là nồng độ OH- cao sẽ làm tăng phản ứng thủy phân keo AKD để tạo thành keton, không có tính chống thấm, phản ứng này diễn ra chậm, dẫn đến tính chống thấm của giấy bị giảm dần sau khi tấm giấy được sản xuất – gọi là hiện tượng hồi keo. Nên dùng keo AKD với chất độn GCC, dùng keo ASA với chất độn PCC.