chương 1, phần 1. * Mỏng, nhẹ nhưng bền, bề mặt lại tương đối phẳng và láng. * Cấu trúc xốp của giấy làm cho nó có khả năng chịu được áp lực đồng thời mực in rất dễ bám lên. * Độ trắng của giấy đảm bảo cho chất lượng tái tạo hình ảnh.
Giấy in thường có tính đục nên khi in không cần phải in thêm màu trắng lót (Đây là điều kiện cần để tổng hợp màu trừ có thể diễn ra). * Khả năng tái sinh tốt. Nhược điểm: * Khả năng thấm hút ẩm của giấy khá lớn. (Khi hút ẩm từ không khí, giấy thường biến dạng không đồng đều về kích thước giữa các tờ trong một chồng giấy và sự khác biệt này cũng thấy rõ ở những tờ nằm ngoài và nằm sát ống lõi cuộn giấy.
Điều này gây khó khăn trong việc ổn định chất lượng in). * Sự không đồng nhất về cấu trúc. (Không đồng nhất theo diện tích và thể tích. Điều này dẫn tới khó khăn trong việc in đồng đều vùng mực có diện tích lớn).2 Thành phần chính của giấy Xenlulô (Cellulose) Xenlulô là thành phần cơ bản của giấy.
Xenlulô là các sợi thực vật có chiều dài sợi: 0.05 mm; Chiều dày sợi thường bằng (0. Xenlulô không hòa tan trong các dung môi thông thường, dễ hút nước và trương nở trong nước. Yêu cầu chung đối với các loại xenlulô dùng để sản xuất giấy in: * Đủ mềm để có thể tách sợi và các sợi có khả năng đan xen tạo thành giấy. * Có khả năng liên kết dễ dàng giữa các sợi tạo nên độ bền cần thiết cho giấy.
10 Công thức cấu tạo: Hình 1.1: Công thức cấu tạo của Xenlulô Đặc điểm của các nhóm -OH của Xenlulô: - Với số lượng lớn nhóm –OH có trong công thức làm cho nó có khả năng thấm hút nước cao. Xenlulô có khả năng hút nước từ không khí và trương nở mạnh trong nước. Ngoài ra, Xenlulô còn dễ tạo liên kết Hydro với các phân tử khác. - Nhờ có dạng mạch thẳng nên Xenlulô trong thiên nhiên sắp xếp song song với nhau tạo thành các bó sợi.
Giữa các bó sợi này được nối với nhau chủ yếu qua liên kết Hydro. - Các bó sợi có chiều dày khác nhau. Tùy thuộc vào nguồn gốc chiều dày bó sợi có thể từ: 0.4 m Tổng hợp những đại phân tử và tiểu phân tử xenlulô tạo thành những bó sợi. Kích thước của phân tử Xenlulô, bó sợi được dẫn chứng tại bảng 1.1: Kích thước của phân tử Xenlulô, bó sợi Số lượng Kích thước Diện tích mặt Sợi phân tử mặt cắt, nm cắt, nm2 Xenlulô Đại phân tử 0.32 1 Xenlulô Bó sợi nhỏ 5-25 25-625 80-2000 Bó sợi lớn 400 (0.2: Cấu trúc của Xenlulô a) Phần kết tinh (rắn); b) Phần không định hình 1- Đại phân tử Xenlulô 2- Liên kết giữa các đại phân tử Xenlulô 2a: Liên kết Hydro; 2b: Liên kết -0- Một số ứng dụng từ Xenlulô trong ngành in: - Khi thủy phân các liên kết glycozit dưới tác dụng của các gốc axit, cấu trúc đại phân tử Xenlulô sẽ bị phân rã; làm giảm độ bền của sợi và các sản phẩm từ chúng.
- Tại các mắt xích glucoza có thể diễn ra quá trình oxy hóa các nhóm –OH. Các –CH2OH sẽ oxy hóa thành andehyt và axit; còn các >CHOH sẽ oxy hóa thành kêton và caboxy >C=O cùng với sự ngắt mạch Hydrocacbon. Kết quả là làm giảm độ bền hóa học của Xenlulô làm cho Xenlulô dễ bị thủy phân và phân hủy hơn. - Từ Xenlulô có thể thu được ête và este.
Một số sản phẩm từ chúng có thể ứng dụng trong ngành in (như Nitro Xenlulô và etyl Xenlulô được làm chất tạo màng trong mực in và phim chụp; Natri Cacboxy Xenlulô Na-CMX được dùng trong thành phần keo dán). Thành phần chính của giấy - Xenlulô: Đây là thành phần chính trong giấy. Tỉ lệ Xenlulô rất khác nhau tùy theo các nguồn gỗ đầu vào làm giấy.2) - Hemi Xenlulô: tương tự như Xenlulô nhưng có mức độ polymer hóa nhỏ hơn. Ngoài glucoza còn có pentoza và hectoza.
Khác với 12 Xenlulô, Hemi Xenlulô hoà tan trong kiềm, trương nở mạnh trong nước và làm cho các sợi liên kết với nhau chặt chẽ hơn trong thành phần giấy. - Lignin là polymer thiên nhiên có trong thành phần tế bào gỗ cùng với Xenlulô và Hemi Xenlulô. Xenlulô tạo ra thành tế bào còn Hemi Xenlulô liên kết các tế bào. Khác với Xenlulô, lignin có dạng không gian nên cứng và khó hòa tan.
Theo thời gian, lignin sẽ bị ngả vàng. Sợi chứa nhiều lignin thì sẽ cứng và khó đan kết. Do vậy, giấy làm từ sợi này sẽ rỗng, không phẳng và có độ trắng thấp, kém bền. (Đây là thành phần luôn có trong giấy nhưng là thành phần không mong muốn.
Vì người ta thường không thấy loại bỏ hết lignin trong quá trình làm giấy). - Các chất phụ gia: Chất tạo màu; Khoáng chất vô cơ. Có tác dụng làm tăng định lượng, tăng độ trắng, giảm độ xuyên thấu, giảm độ thấm hút nước của giấy.3) Trong quá trình sản xuất giấy, người ta sử dụng hai loại nguyên liệu: Xenlulô gỗ (Xenlulô) và bột gỗ. Xenlulô gỗ: vật liệu có chất lượng cao được tạo ra bằng cách loại bỏ lignin từ gỗ.
Tùy thuộc vào lượng lignin có trong Xenlulô ta có Xenlulô mềm (chứa 1-1.5% lignin), Xenlulô trung bình (chứa 1.0% lignin), và Xenlulô cứng (chứa 3-4% lignin). Bột gỗ là bán nguyên liệu được tạo ra bằng cách tẩy cơ học bột gỗ trong môi trường nước.2: Thành phần bột gỗ của các loại gỗ khác nhau Loại gỗ Thành phần Thông Thông hai lá Dương liễu bột gỗ Thân Nhánh Thân Nhánh Thân Nhánh Xenlulô 58.5 Các sản phẩm hòa tan trong nước 1.3: Tính chất của các chất phụ gia Khối lượng Chỉ số khúc Chất phụ gia Độ trắng,% riêng, g/cm3 xạ Cao lanh 2.62 97-98 Bột talc - - 97-98 3MgO.53 85-90 (Xenlulô trắng trong bảng này không phải là chất phụ gia. Nó được đưa vào bảng nhằm so sánh với các chất phụ gia về khối lượng riêng, độ trắng…) Hình 1.3: Xenlulô và bột gỗ được quan sát qua kính hiển vi a) Xenlulô gỗ; b) Bột gỗ Giấy có thể được sản xuất từ nguyên liệu thô từ những loại thân mộc lá kim (thông, tùng, bạch đàn, tràm, keo lai…) và những lại thân thảo (rơm, tre, nứa…). Chất lượng giấy phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu thô và phương pháp xử lý hóa học sau này (tẩy trắng).
Trước khi được dùng để sản xuất giấy, bột giấy được tạo thành bằng hai phương pháp: cơ học và hóa học. Quá trình xử lý cơ học: Từ những cây thân mộc, người ta loại bỏ cành lá và đưa vào máy mài gỗ (Hình 1. Gỗ được ép vào một đá mài 14 quay tròn có bề mặt nhám trong máy mài. Khi đó, người ta cho nhiều nước vào và thu được một hỗn hợp các mảnh sợi nát và nước gọi là hồ bột gỗ.
Tùy theo mục đích sử dụng sau này người ta sản xuất ra hồ bột thô hoặc hồ bột nhuyễn (mịn) và được tẩy màu tùy theo nhu cầu. Nếu chỉ dùng các phương thức cơ học để sản xuất, thành phần của bột gỗ không phải là các sợi Xenlulô mà là các liên kết sợi đã được mài và nghiềm nhỏ ra. Để có thể lấy được sợi nguyên thủy phải dùng đến các biện pháp xử lý gỗ bằng hóa học. Quá trình xử lý hoá học: Có hai phương pháp: xử lý kiềm và xử lý chua.
Theo hai cách này, từ những mảnh gỗ nhỏ 2x2x1.5cm hoặc bột gỗ, người ta nấu chúng ở nhiệt độ và áp suất cao cùng với các hóa chất. Gỗ sẽ bị nấu hòa tan cùng với lignin và các chất nhựa. Sau quá trình này, người ta có thể tách rời các mảnh gỗ thành những sợi riêng lẻ. Sản phẩm thu được gọi là Xenlulô.
Ở phương pháp xử lý chua: sử dụng dung dịch Magiêbisulfit và axit lưu huỳnh tự do. Sản phẩm thu được là Xenlulô sulfit. Ở phương pháp xử lý kiềm: sử dụng xút và Natri sulfat. Sản phẩm thu được là Xenlulô sulfat.
Sản phẩm này có tính chất bền vững hơn rất nhiều so với Xenlulô sulfit. Bột giấy sunfat so với bột giấy sunfit thì dài hơn và bền hơn vì thế chủ yếu được sử dụng để làm giấy in và giấy viết có độ trắng cao. Bột giấy sunfit đa số được dùng để sản xuất các loại giấy vệ sinh mềm. Bột gỗ thành phẩm 15 1.3 Sản xuất giấy Quy trình sản xuất giấy từ bột giấy (Hình1.5): Trong quá trình này, công đoạn nghiền và đánh rã là công đoạn khá quan trọng.
Nó quyết định tính chất sợi, khả năng liên kết giữa các sợi. Ở các nghiền sắc, sợi Xenlulô được cắt ngắn. Giấy làm từ loại bột này sẽ cứng hơn. Ngược lại, cách nghiền theo kiểu đánh rã sẽ làm các sợi Xenlulô tăng thể tích, như vậy giấy sau này sẽ xốp, mềm hơn.5: Sơ đồ sản xuất giấy Công đoạn chính Công đoạn tái chế 16 Hình 1.6: Nghiền và đánh rã bột giấy a) Nghiền sắc (cắt ngắn sợi) b) Đánh rã (sợi tăng thể tích) 1- Dao xoay 2- Dao tĩnh Máy xeo giấy: Máy làm giấy (Hình1.7): Bột giấy sau khi được trộn các chất phụ gia và chất màu (nếu cần) sẽ được đánh rã và trộn đều trước khi đưa vào tháp chứa 1 của máy xeo giấy.
Lúc này tỉ lệ bột giấy/Xenlulô chỉ khoảng 1-2%. Hồ bột giấy được đổ vào lưới của máy xeo giấy để dàn mỏng ra và được dần định hình nhờ lô 7. Khi ra khỏi lưới, lượng nước vẫn còn chứa khá nhiều trên giấy (85%). Giấy tiếp tục được loại bớt nước và làm phẳng nhờ các trục 8, 9 và các trục sấy 10.
Lưu ý: - Lưới của máy xeo giấy chuyển động theo hai hướng: hướng máy và hướng vuông góc. Kết quả là các sợi xenlulô định hình theo hướng: Hướng máy (hướng xớ giấy) và hướng vuông góc. Do vậy, tính chất về cấu trúc giấy hầu như được xác định trong giai đoạn này. - Các trục làm láng 12 có tác dụng làm cho giấy phẳng và láng cơ học.
Minh họa mặt cắt của giấy.7: Sơ đồ máy xeo giấy 1: Bột giấyvà nước; 2: Lưới; 3: Trục đỡ; 4: Trục tách nước 5: Thanh dẫn 6:Thùng hứng nước 7: Lô làm phẳng 8: Trục ép 9:Lô ép (đàn hồi) 10: Trục sấy 11: Trục làm lạnh 12: Trục làm láng 13: Giấy cuộn thành phẩm a) b) Hình 1.8: Mặt cắt của giấy a) Không có chất phụ gia b) Có chất phụ gia Giấy sẽ được quấn cuộn tại đầu ra của máy xeo giấy. Tùy theo nhu cầu cuộn giấy có thể được chia nhỏ thành cuộn có kích thước nhỏ hơn hoặc chia thành từng tờ. Trong trường hợp giấy cần có độ láng cao hơn (các loại giấy couché - coated paper), giấy sẽ được phủ thêm lớp hồ đặc biệt (thường gồm cao lanh và các chất phụ gia).