Tài liệu ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong kỹ thuật nhuộm và công nghệ sản xuất cellulose giấy

ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG KỸ THUẬT NHUỘM VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CELLULOSE GIẤY 1. ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG KỸ THUẬT NHUỘM Trong thực tế, quá trình nhuộm và in không chỉ đơn thuần là sự pha trộn của thuốc nhuộm và nước, để hiệu ứng màu thể hiện trên vải đòi hỏi trong quá trình nhuộm và in phải có thêm các chất khác mà ta gọi là các chất trợ. Các chất này có tác dụng đưa môi trường của dung dịch giặt – tẩy – nhuộm – in … Có độ pH, độ oxy hóa đúng theo yêu cầu sử dụng. Nhiều loại chất trợ là các chất có trong thiên nhiên, tuy nhiên các loại chất trợ có nguồn gốc hóa học được sử dụng nhiều nhất. Trong đó chất hoạt động bề mặt(HĐBM) được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. 1.1 Chất làm ngấm Vải mộc chứa đến 6% tạp chất thiên nhiên (sáp pectin...), trong quá trình dệt vải còn mang theo hồ và các tạp chất cơ học, vì thế nếu không qua giai đoạn nấu tẩy sẽ rất khó ngấm nước và các dung dịch hóa chất, thuốc nhuộm. Một số loại vải để mặc trắng tuy không cần nhuộm và in hoa nhưng vẫn cần phải nấu tẩy cho mềm, có độ thấm nước và thấm mồ hôi tốt. Vì vậy trong công nghiệp dệt nhuộm người ta thường phải dùng chất trợ có khả năng ngấm cao để nấu tẩy nhằm xử lý hóa học vải trước khi nhuộm và in. Dung dịch nhuộm có sức căng bề mặt lớn, không thấm ướt vải sợi nên thuốc nhuộm không ngấm vào được. Khi cho chất hoạt động bề mặt vào sẽ làm giảm sức căng bề mặt cho phép các phân tử thuốc nhuộm di chuyển vào bên trong xơ sợi. Khi tăng nổng độ chất ngấm thì tính thấm, ngấm của dung dịch tăng lên, tuy nhiên đếm một giới hạn nào đó sự tăng nồng độ chất ngấm sẽ không làm tăng thêm khả năng thấm nữa. Chất ngấm đa số là chất hoạt động bề mặt anion như xà phòng, dầu đỏ và những hợp chất kiểu alkyl sunfat. 1 VD : - Chất ngấm NB ( Nekal BX ) là muối natri của butyl naphthalene 1 – sulfur acid. SO Na 3 C H5CH 2 CH 3 Nekal BX thường được sản xuất ở dạng nhão có màu nâu, dễ hòa tan trong nước, có khả năng thấm ướt cao nên được dung làm chất ngấm khi nấu vải cũng như khi nhuộm. - Xà phòng Là muối natri của một số axit béo có công thức tổng quát CnH2n+1COONa. Xà phòng là chất hoạt động bề mặt đã được sản xuất từ lâu và sử dụng rộng rãi nhất. Nó có ưu điểm là rẻ tiền, có tác dụng tẩy mạnh nên được sử dụng chủ yếu cho giặt. Tuy nhiên xà phòng có nhược điểm lớn nhất là khi gặp nước cứng chúng sẽ bị kết tủa làm giảm hiệu suất sử dụng một cách đáng kể. 2C17H35COONa + CaCO3 = Ca(C17H35COO)2 + Na2CO3 - Dầu đỏ (dầu alizarin) Là một este của acid rixinoleic. Sản phẩm kĩ thuật của dầu đỏ là chất lỏng sánh, màu vàng nhạt, hòa tan tốt trong nước lạnh tạo môi trường kiềm yếu. tác dụng chủ yếu của dầu đỏ là làm chất ngấm, thường được sử dụng trong quá trình nấu tẩy và nhuộm để làm tăng khả năng ngấm các hóa chất thuốc nhuộm. Hiện nay có nhiều chất hoạt động bề mặt tuy có tên gọi khác nhau nhưng chúng có công thức tương tự dầu đỏ. - Invadine (LU, LUExtra, MC, MC new/MR) Các chất hoạt động Invadune kể trên đều thuộc họ anion do hãng Ciba sản xuất. Chúng có tính năng chung nhất là khả năng ngấm tốt. ngoài ra mỗi chất với kí 2 hiệu khác nhau còn có những đặc thù riêng khi sử dụng cần xem xét kĩ tài liệu hướng dẫn. - Floranit 4028 (Cognis) Là hợp chất thuộc họ sunfat rượu béo có tác dụng ngấm dùng trong quá trình nấu và kiềm bóng. - Cottoclarin (Cognis) Là chất ngấm trong quá trình giũ hồ, nấu và tẩy cho các loại vải sợi bông và vải sợi pha tổng hợp, thích hợp cho quá trình nấu tẩy gián đoạn hoặc nấu tẩy liên tục và bán liên tục. Đặc tính: + Dạng nhão không màu hòa tan tốt trong nước ấm(50oC). + Có khả năng ngấm và nhũ hóa ở mọi nhiệt độ. + Phù hợp với mọi quá trình tẩy trắng có thể sử dụng làm chất ngấm cho các loại thuốc nhuộm trừ thuốc nhuộm cattion. + Ổn định trong bảo quản ít nhất một năm. - Chất ngấm Wetta-NTD-93 Chất ngấm (thấm ướt) Wetta- NTD-93 được sản xuất từ một số dầu béo thực vật đặc trưng, biến tính tổng hợp để thành dẫn xuất có hoạt chất chính là natri sulfo este axitrixinoleic. Hoạt chất trên được phối chế thêm một số phụ gia để tăng cường chất lượng và có hoạt tính chọn lọc. Qua nghiên cứu đã lựa chọn được công nghệ sản xuất và phụ gia thích hợp, tạo ra được chế phẩm vừa có khả năng thấm ướt cao, ngấm nhanh đồng thời còn có tính năng tẩy rửa, nhũ hóa cần thiết để đáp ứng yêu cầu công nghệ tiền xử lý vải bông, vải tổng hợp pha bông và các mặt hàng dệt kim khác. Những đặc điểm kỹ thuật chính của sản phẩm: - Là chất lỏng, sánh có màu vàng sẫm, mùi nhẹ. - Thành phần hóa học gồm hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt anion, có khả năng giảm sức căng bề mặt và tính năng ngấm nhanh. - Hàm lượng chất hoạt động bề mặt trong sản phẩm: 65 + 1%; tỷ trọng ở 20oC: gần 1.1; pH = 7. 3 - Dễ hoà tan trong nước, không bị kết tủa trong nước cứng. - Tính năng trội: ngấm, nhũ hóa và tẩy rửa. - Có khả năng thấm ướt cao, mức tạo bọt trung bình. - Ổn định trong môi trường axit, kiềm yếu và trung tính, không giảm hoạt độ khi có mặt chất điện ly. Chất ngấm Wetta-NTD-93 làm sạch có hiệu quả cao khi nấu với vải bông, vải pha, vải dệt kim trong các thiết bị áp suất thường và áp suất cao, độ mao dẫn của vải bông đều đạt trên 130mm trong 30 phút. Nó cũng được sử dụng để pha chế dung dịch nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc nhuộm azô không tan và thuốc nhuộm hoạt tính. Chất ngấm Wetta-NTD-93 đã được thử nghiệm và ứng dụng đại trà cho hàng vạn mét vải trên dây chuyền công nghệ sản xuất của xí nghiệp nhuộm và in hoa (Công ty dệt 8-3) đạt kết quả tốt. Chất lượng sản phẩm tương đương các sản phẩm cùng loại (nhập từ nước ngoài như Tinoventin JU và Invadin LU (CibaGeigy), Slovapon N (Tiệp) Prawozell Wopp - 100/N (Đức) OP-10 (Liên Xô cũ), Coloratamin SP (Sandoz), dầu đỏ Thổ Nhĩ Kỳ... 1.2 Chất phân tán Đối với thuốc nhuộm dạng huyền phù, khi có chất hoạt động bề mặt sẽ tạo điều kiện cho thuốc nhuộm phân tán đồng đều và giúp cho thuốc ngấm vào xơ sợi đều màu hơn. Chất trợ phân tán là những chất hoạt động bề mặt có khả năng làm giảm sức căng bề mặt vật liệu sợi và có tính chất phân tán cao, được sử dụng trong công nghệ nhuộm làm cho thuốc nhuộm trở thành một khối dung dịch linh động, đồng đều, dễ dàng thấm sâu vào vải. Những mặt hàng được nhuộm bằng thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm azô khi giặt bằng xà phòng phải được bổ sung vào dung dịch giặt một lượng chất phân tán để làm tăng thêm độ bền cọ sát. Khi gia công vật liệu l00% xơ sợi tổng hợp người ta cũng cần bổ sung chất phân tán vào để làm giảm độ tĩnh điện. Khi sản xuất các loại hồ in hoa, chất phân tán được đưa vào để hồ in được đồng đều và làm hệ thống ổn định, chống vón cục, chống tắc lưới in và có khả năng thâm nhập dễ dàng vào vải. 4 Chất phân tán đa số là các hợp chất kiểu alkyl sulfonate ( chất hoạt động bề mặt anion ), có dạng tổng quát R-SO3Na. VD : - Chất phân tán NF(lenconol) là muối dinatri của metylene bentanaphalene sulfur acid. CH 2 NaO S 3 SO Na 3 Lenconol dễ hòa tan trong nước có tác dụng phân tán cao nên được dùng làm chất phân tán để chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm phân tán, hoàn nguyên và lưu huỳnh. - Chất phân tán Dispa - PTD-93 Dựa trên nguyên liệu sẵn có Viện hóa học công nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu sản xuất thành công chất trợ phân tán Dispa PTD- 93. Hoạt chất chính của chất phân tán có công thức hóa học tổng quát là C21H14O6S2Na2. Chất trợ phân tán là sản phẩm ngưng tụ của beta - naphtalen - sulfoaxit với formandehyt, sau đó trung hòa bằng NaOH, được phối bổ sung thêm một số phụ gia, tiêu chuẩn hóa thành chất trợ loại thương phẩm, có đầy đủ hoạt chất và tính năng sử dụng như các chế phẩm thương mại của các hãng khác nhau trên thế giới, ví dụ: Kortanol NNO (Sec), Irgasol P (Ciba -Geigy ), Univadin DPL (Nhật Bản ), Dispergato NP, Xotamol BC, Votamol BC (Liên Xô cũ). Sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền công nghệ quy mô 50 tấn/năm do Việt Nam tự nghiên cứu thiết kế chế tạo và xây dựng. Đặc tính kỹ thuật sản phẩm chất phân tán như sau: - Là chất lỏng màu nâu sẫm, hoà tan tốt trong nước, bền với dung dịch kiềm yếu và axit yếu trong khoảng pH = 4 - 13, bền trong nước cứng. 5 - Hàm lượng hoạt chất chính (tính theo chất khô): 30 - 35%. Hàm lượng chất không tan trong nước: 0,016%. Độ ổn định của dung dịch thuốc nhuộm có chứa chất phân tán ở nồng độ 2g/l vẫn tốt sau 36 giờ. - Độ pH của dung dịch chứa 1% sản phẩm: 6.5 – 7.5. - Sản phẩm có tính phân tán rất tốt, ngăn cản hiện tượng kết tủa và lắng đọng của thuốc nhuộm trong quá trình nâng nhiệt, hòa tan trở lại bất kỳ thuốc nhuộm nào đã bị kết tụ và lắng đọng trong điều kiện nhuộm ở nhiệt độ cao, vì vậy đặc biệt thích hợp và thuận lợi khi chuẩn bị dung dịch nhuộm sợi ở dạng bôbin; đảm bảo nhuộm đồng màu và hiện màu đối với các màu tươi sáng, tăng độ tươi sáng và độ bền màu cọ sát ngay cả đối với các màu đậm, không làm giảm độ bền ánh sáng. Chất phân tán Dispa PDT-93 đã được thử nghiệm đại trà trên dây chuyền sản xuất của Xí nghiệp nhuộm in hoa thuộc Công ty Dệt 8-3 Hà Nội, đã được dùng để in nhuộm hàng vạn mét vải đạt chất lượng tốt, hoàn toàn có khả năng thay thế các loại chất trợ phân tán cùng loại vẫn phải nhập từ nước ngoài. - Irgasol CO(Ciba) Tác nhân phân tán bảo vệ keo cho quá trình tẩy, nhuộm vải sợi bông, vải Pe/Co. Là chất lỏng hơi sánh, màu nâu sẫm hòa tan tốt trong nước lạnh và nước ấm, dung dịch nồng độ 5% có pH = 7, ổn định trong nước cứng, dung dịch axit chất điện li với nồng dộ thông dụng. khối lượng riêng ở nhiệt độ 20 oC là 1.5g/cm3. ổn định trong bảo quản hơn một năm nếu đựng trong thùng kín ở 20oC. Có thể sử dụng cùng các chất anion hoặc không mang ion, không được sử dụng cùng với chất tăng trắng quang học. Có tác dụng phân tán và hòa tan từ từ các muối canxi, chất pectin, sáp và các tạp chất khác có trong dung dịch nhuộm của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, thuốc nhuộm hoạt tính hoặc thuốc nhuộm trực tiếp, ngăn ngừa sự kết tủa của các muối cứng có trong nước, tăng tính chất uốn cho sợi, không làm giảm các chỉ tiêu về độ bền màu, tăng khả năng ngấm thuốc nhuộm lên vải sợi. - Fortaric LD-P : chất đều màu, phân tán cho thuốc nhuộm phân tán, có hoạt tính cao, lượng sử dụng thấp. 6 - Sonadon D-72 : chất đều màu, phân tán cho thuốc nhuộm phân tán, ít tạo bọt, hiệu quả cao. - Sonadon DP-S : chất đều màu, phân tán cho thuốc nhuộm phân tán, có hoạt tính cao, lượng sử dụng thấp. 1.3 Chất tẩy rửa trong các giai đoạn giặt sau quá trình nấu vải Do sợi dọc của vải khá dễ đứt, người ta phải hồ sợi dọc để tăng khả năng chịu đựng ma sát của sợi trước khi dệt, do vậy trước khi nhuộm phải giặt để loại hồ chưa được rũ sạch và sáp đi. - Vetanol SP(Tân Châu Co.Ltd) :chất hoạt động bề mặt anion Là chất lỏng sánh không màu, hòa tan trong nước lạnh. Nó ổn định trong dung dịch kiềm, axit và các muối ở nồng độ thông thường. Công dụng: là chất giặt thẩm thấu vừa loại bỏ mạch các chất bẩn vừa làm tăng hiệu quả thấm cho các công đoạn sau. Sử dụng giặt cho các loại vải tự nhiên, tổng hợp và vải pha nhiệt độ thấp, đặc biệt có khả năng ngăn cản tái nhiễm bẩn. Lượng sử dụng trong khoảng 0.5-1g/l tùy theo vật liệu và yêu cầu về chất lượng cũng như điều kiện xử lí. - Precosolve N90 ( Cộng hòa dân chủ Đức cũ): chất hoạt động bề mặt không ion Là chất lỏng nhớt màu vàng hoặc vàng nâu, có mùi đặc trưng. Chế phẩm này thường hàm lượng cao hơn 90%, ít bay hơi và ổn định trong các môi trường axit, kiềm, các kim loại kiềm thổ. Nó có tác dụng giặt, tẩy sạch các vết dầu mỡ, làm sạch vết màu. Phạm vi sử dụng rộng trong công đoạn nấu, tẩy, giặt và hoàn tất sản phẩm dệt; kết quả đạt tốt với hầu hết các loại vật liệu tự nhiên. Sử dụng để giặt: 0.5-3.0g/l. Nấu tẩy sợi thảm, bột giặt: 0.5-3.0g/1. Tẩy vải sợi lanh: 0.5-2.0g/l. Tẩy sạch vết màu: dùng không pha loãng hoặc pha tỉ lệ 1:3. Có thể sử dụng làm chất chống trào dung dịch ở nhiệt độ cao vì ít bọt và ít bị bay hơi. 1.4 Chất làm mềm trong quá trình xử hoàn tất vải 7 Các loại vải cotton và tơ nhân tạo dễ bị cứng sau khi giặt, chất hoạt động bề mặt đóng vai trò như chất bôi trơn, có khả năng lan rộng và ngấm rất cao do chúng có thể hình thành một lớp màn mỏng bao phủ bên ngoài sợi và một phần ngấm vào trong sợi. Chúng làm giảm ma sát giữa các phần sợi với nhau làm cho sợi mềm mại hơn. Các chất làm mềm vải chỉ được dùng với lượng nhỏ vì nếu dư sẽ làm cho vải nhớt. Các chất hoạt động bề mặt thường sử dụng ở đây là dầu béo sulfat hóa, alcol béo sulfat hóa, các chất hoạt động bề mặt cation…. 1.5 Chất trợ trong in hoa Chất hoạt động bề mặt thêm vào mực in là chất nhủ hóa, ổn định mực in dạng paste, tăng cường khả năng ngấm vào xơ sợi. 2. ỨNG DỤNG CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CELLULOSE VÀ GIẤY 2.1 Tổng quan về giấy Giấy là sản phẩm không thể thiếu trong hoạt động xã hội của bất kì đất nước nào. Mặt dù các phương tiện tin học trong thong tin và lưu trữ phát triển mạnh, nhưng giấy vẫn luôn là một phần không thể thay thế được trong hoạt động giáo dục, in ấn, báo chí, văn học,…và khi nền kinh tế quốc gia càng phát triển, nhu cầu của xã hội gia tăng thì nhu cầu về các loại giấy gia dụng sẽ càng gia tăng. 8 2.2 Ứng dụng trong quá trình tuyển nổi Hệ thống tuyển nổi thường vận hành với nồng độ huyền phù bột là 0,8 – 1,5 %, nhiệt độ từ 40 – 70oC, pH khoảng 7- 9 với độ cứng nước khoảng 5 – 30 DH khi sử dụng chất hoạt động bề mặt là acid béo ( anionic ). Với chất hoạt động bề mặt loại khác, yêu cầu về độ cứng không còn là yếu tố quan trọng. Chất hoạt động bề mặt dùng trong quá trình tuyển nổi nhằm làm tăng độ bền của bọt, tăng khả năng tích tụ của các hạt mực và đặc biệt là sự kết tụ giữa hạt mực và bọt khí. Cơ chế loại bỏ những hạt mực khỏi huyền phù bột thu hồi có thể khái quát như sau: sự bơm không khí sẽ tạo nên các bọt khi mà các hạt có tính kỵ nước sẽ bám vào đó. Các bọt khí di chuyển lên mặt thoáng của huyền phù tạo thành lớp bọt sẽ dễ dàng được loại bỏ. Các hạt tạp chất có thể có bản chất kỵ nước, hoặc nếu không thì sẽ được làm cho trở thành kỵ nước bằng chất hoạt động bề mặt. 2.3 Ứng dụng trong quá trình gia keo Nhựa thông là nguyên liệu được dùng phổ biến nhất để tăng tính chống thấm nước cho giấy, là dẫn suất acid hữu cơ loại không bão hòa có nguồn gốc thiên nhiên. Hai cấu tử chính trong nhựa thông là acid abietic và pimaric. 9 Người ta thường gia keo bằng hệ nhựa thông xà phòng hóa, hệ nhựa thông phân tán, hệ nhựa thông gia cường, hệ nhựa thông trung tính. Cơ chế quá trình gia keo với nhựa thông: - Trong trường hợp của keo xà phòng, acid nhựa thông đã trung hòa phản ứng với dạng ion Al3+ của phèn nhôm để tạo ra một loại tủa của nhựa thông – phèn nhôm có điện tích dương, chúng sẽ được giữ lại trên bề mặt sợi hay các hạt mìn nhờ tương tác tĩnh điện. Nhựa thông và phèn nhôm trong thành phần của tủa hình thành như vậy đã phản ứng với nhau để tạo ra một phức keo bền trên bề mặt sợi trong phần sấy của màn keo. Và để đạt được hiệu quả gia keo cao cho hệ xà phòng này, pH của hệ cần được giữ trong khoảng 4,2 – 4,5 tại đây phèn tồn tại chủ yếu ở dạng Al3+. - Trong trường hợp của hệ keo nhựa thông phân tán, các hạt keo được nhũ hóa tồn tại chủ yếu ở dạng acid. Nhũ tương keo được ổn định bằng các chất nhũ hóa mà không có khả năng phản ứng với Al3+. Như vậy, thường phải sử dụng thêm vài loại trở bảo lưu như cá polymer điện ly cationic để thúc đẩy sự bảo lưu của keo nhựa thông phân tán trên bề mặt sợi và hạt mịn. Đồng thời cũng cần phải tăng bảo lưu của phen nhôm trên mặt sợi và hạt mịn để nó có được phản ứng với nhựa thông trong buồng sấy. 10