Đề tài Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu gỗ keo trong quá trình xử lý kiềm nóng

8/12/2019 Đề tài Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu gỗ keo trong quá trình xử lý kiềm nóng

http://slidepdf.com/reader/full/de-tai-nghien-cuu-su-bien-doi-tinh-chat-vat-ly-va-hoa 1/63

1

BỘ CÔNG THƯƠ NGTỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM

VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ**************&************

BÁO CÁO TỔNG K ẾTĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008

NGHIÊN CỨ U SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT VẬT LÝVÀ HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU GỖ KEO

TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KIỀM NÓNG

Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠ NG Cơ quan chủ trì: VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Thanh Tú

K ỹ sư công nghệ giấy

712317/02/2009

HÀ NỘI 2/2009

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



2

MỤC LỤC

TT Nội dung TrangMở đầu 1

I Tổng quan về tính chất vật lý và thành phần hóa học của gỗ lárộng

3

1.1 Tính ch ấ t vật lý và thành ph ần hóa h ọc của một số loại nguyênli ệu g ỗ lá r ộng

3

1.1.1 Tính chất vật lý của một số loại nguyên liệu gỗ lá r ộng 31.1.1.1 C ấ u trúc hình thái h ọc 3

1.1.1.2 T ỷ tr ọng 9

1.1.1.3 M ột số nét đặc tr ư ng của g ỗ keo 10

1.1.2 Thành phần hóa học của một số loại nguyên liệu gỗ lá r ộng 101.1.2.1 Thành ph ần hóa h ọc 10

1.1.2.2 Các ch ấ t trích ly 11

1.1.2.3 Xenluylô 12

1.1.2.4 Hêmixenluylô 13

1.1.2.5 Lignin 15

1.2 Ả nh h ưở ng c ủa quá trình x ử lý ki ềm nóng đế n tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hóa h ọc của một số loại nguyên li ệu g ỗ lá r ộng

16

1.2.1 Ảnh hưở ng đến tính chất vật lý 161.2.2 Ảnh hưở ng đến thành phần hóa học 171.2.2.1 Nh ự a cây (các ch ấ t tan trong dung môi h ữ u cơ ) 17

1.2.2.1.1 Nh ự a cây trong quá trình n ấ u bột theo ph ươ ng pháp kraft 17

1.2.2.1.2 Nh ự a cây trong quá trình s ản xuấ t bột hoá nhi ệt cơ (CTMP) 18

1.2.2.2 Xenluylô, lignin, pentozan 19

1.2.2.2.1 Xenluylô, lignin, pentozan trong quá trình n ấ u bột theo ph ươ ng pháp kraft

19

1.2.2.2.2 Xenluylô, lignin, pentozan trong quá trình s ản xuấ t bột hoá nhi ệt cơ (CTMP), ki ề m nóng, ki ề m l ạnh.

22

K ết luận vàđịnh hướ ng nghiên cứu 24II Nguyên liệu và phươ ng pháp nghiên cứ u 262.1 Nguyên li ệu, hoá ch ấ t và thi ế t b ị nghiên c ứ u 26





3

2.2 Ph ươ ng pháp nghiên c ứ u 27III K ết quả nghiên cứ u và thảo luận 30

3.1 Nghiên c ứ u sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ần hóa h ọccủa g ỗ keo (keo tai t ượ ng, keo lai) trong quá trình x ử lý ki ềm

nóng.

30

3.1.1 Ảnh hưở ng của nồng độ kiềm đến sự thayđổi tính chất vật lý vàthành phần hoá học của gỗ keo (keo tai tượ ng, keo lai) trong quátrình xử lý kiềm nóng.

30

3.1.1.1 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hoá h ọc của g ỗ keo tai t ượ ng trong quá trình x ử lý kiề mnóng.

30

3.1.1.2 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hoá h ọc của g ỗ keo lai trong quá trình x ử lý kiề m nóng. 34

3.1.2 Ảnh hưở ng của thờ i gian xử lý đến sự thayđổi tính chất vật lý vàthành phần hoá học của gỗ keo (keo tai tượ ng, keo lai) trong quátrình xử lý kiềm nóng.

38

3.1.2.1 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hoá h ọc của g ỗ keo tai t ượ ng trong quá trình x ử lý kiề mnóng.

38

3.1.2.2 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hoá h ọc của g ỗ keo lai trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

42

3.1.3 Ảnh hưở ng của nhiệt độ xử lý đến sự thayđổi tính chất vật lý vàthành phần hoá học của gỗ keo (keo tai tượ ng, keo lai) trong quátrình xử lý kiềm nóng.

46

3.1.3.1 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hoá h ọc của g ỗ keo tai t ượ ng trong quá trình x ử lý kiề mnóng.

47

3.1.3.2 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý vàthành ph ần hoá h ọc của g ỗ keo lai trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

51

3.2 Xác l ậ p ch ế độ công ngh ệ x ử lý ki ềm nóng thích h ợ p 54K ết luận 57





4

Thông tin chung về đề tài

1. Tênđề tài Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu gỗ keo

trong quá trình xử lý kiềm nóng.

2. Mục tiêu của đề tài- Làm rõ sự thayđổi tính chất vật lý và hoá học của gỗ keo trong qúa trình xử

lýở môi tr ườ ng kiềm nóng và các yếu tố ảnh hưở ng.

- Đưa ra quy trình công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợ p đối vớ i nguyên liệugỗ keo.

3. Nội dung nghiên cứ u- Xácđịnh sự biến đổi tính chất vật lý của gỗ trong qúa trình xử lý kiềm nóng:

tỷ tr ọng, màu sắc.

- Xácđịnh sự biến đổi thành phần hóa học của gỗ trong qúa trình xử lý kiềmnóng: xenluylô, lignin, pentozan, các chất tan trong dung môi hữu cơ .

- Xác lậ p chế độ công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợ p.

4. Sản phẩm tạo ra và yêu cầu khoa học-k ỹ thuật, kinh tế-xã hội- Báo cáo tổng hợ p số liệu về những vấn đề nghiên cứu trong quá trình xử lý

gỗ keoở môi tr ườ ng kiềm nóng.

- Xác lậ p quy trình công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợ p đối vớ i nguyên liệugỗ keo.





5

MỞ ĐẦU

Cây bạch đàn (Eucalypts), cây keo (Acacia)đượ c du nhậ p vào Việt Nam từ những năm 60 vớ i nhiều dòng khác nhau. Theo các k ết quả nghiên cứu thực nghiệmnhiều năm của Trung tâm nghiên cứu giống cây r ừng, Viện Khoa học Lâm nghiệ pViệt Nam thì các loài cây này thích nghi vớ i khí hậu nhiệt đớ i nóngẩm mưa nhiều vàcó mức độ sinh tr ưở ng khá cao. Cây bạch đàn và cây keo các loại có chu k ỳ khai thác6-7 năm và chất lượ ng xơ sợ i tốt nên là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bộtgiấy và giấy.

Thành phần hóa học và cấu tạo của gỗ là r ất khác biệt không những phụ thuộcvào nhóm cây, loài cây mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố như: độ tuổi của cây,điều kiện

lậ p địa (mức độ chiếu sáng của mặt tr ờ i, sức gió, hàm lượ ng chất dinh dưỡ ng của đất,độ ẩm của đất v.v). Trong cây thành phần hóa học cũng khác nhau giữa các bộ phậnnhư vỏ, thân, gỗ sớ m, gỗ muộn v.v..

Phươ ng pháp sản xuất bột giấy phổ biến hiện nay vẫn là phươ ng pháp hóa học.Tuy nhiên, việc sản xuất bột hóa học tẩy tr ắng đòi hỏi lượ ng dùng nguyên liệu lớ n,dây chuyền thiết bị phức tạ p, hiệu suất bột thấ p. Ngoài ra, quá trình sản xuất sử dụngmột số hóa chất có khả năng gây ô nhiễm môi tr ườ ng cao như: Clo, đioxytclo.v.v.. Ngày nay, sản xuất bột hiệu suất cao vớ i chi phí sản xuất tươ ng đối thấ p, dây chuyềnsản xuất đơ n giản, tiêu hao hóa chất ít và giảm thiểu ô nhiễm môi tr ườ ng là một l ĩ nhvực r ất đượ c quan tâm.Đặc biệt, xu hướ ng ngày càng tăng của giá nguyên liệu đầuvào và các quyđịnh hạn chế khai thác r ừng nhằm bảo vệ môi tr ườ ng sinh thái.

Hiện nay,ở trong nướ c một số nhà máyđang tiến hànhđầu tư sản xuất bộtAPMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) hay bột BCTMP (BleachedChemiThermo Mechanical Pulp) như: Công ty giấy Long Anđầu tư dây chuyềnAPMP 100.000 tấn/năm, Nhà máy bột giấy Quảng Namđầu tư dây chuyền BCTMP

115.000 tấn/năm. Thông thườ ng quá trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng, nguyênliệu đượ c xử lý vớ i một số hóa chất như NaOH, Na2CO3 hoặc H2O2. Tuy nhiên, k ếtquả nghiên cứu tài liệu cho thấy hiệu quả xử lý dăm mảnh gỗ vớ i hóa chất trong giaiđoạn đầu của quá trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng thườ ng thayđổi r ất lớ n phụ thuộc vào chủng loại nguyên liệu, mức dùng hóa chất, thờ i gian xử lý và nhiệt độ xử lý. Tr ướ c nhu cầu của thực tế sản xuất, việc nghiên cứu sự thayđổi tính chất vật lý và





6

thành phần hóa học là cơ sở cho việc xác lậ p chế độ công nghệ thích hợ p sản xuất bộthiệu suất cao là r ất cần thiết. Vì vậy, Viện Công nghiệ p Giấy và Xenluylôđượ c Bộ Công Thươ ng giao nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ năm 2008, thực hiện đề tài: “ Nghiên c ứ u sự bi ế n đổ i tính ch ấ t vật lý và hóa h ọc của nguyên li ệu g ỗ keo

trong quá trình x ử lý ki ềm nóng ”. M ục tiêu đề tài:

- Làm rõ sự thayđổi tính chất vật lý và hoá học của gỗ keo trong qúa trình xử lýở môi tr ườ ng kiềm nóng và các yếu tố ảnh hưở ng.

- Đưa ra quy trình công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợ p đối vớ i nguyên liệugỗ keo.

N ội dung nghiên c ứ u:

- Xácđịnh sự biến đổi tính chất vật lý của gỗ trong qúa trình xử lý kiềm nóng:tỷ tr ọng, màu sắc.

- Xácđịnh sự biến đổi thành phần hóa học của gỗ trong qúa trình xử lý kiềmnóng: xenluylô, lignin, pentozan, các chất tan trong dung môi hữu cơ .

- Xác lậ p chế độ công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợ p.





7

PHẦN ITỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ

VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA GỖ LÁ R ỘNG

Ở Việt Nam nguyên liệu xơ sợ i thực vật chủ yếu hiện nayđượ c sử dụng để sảnxuất bột giấy là gỗ r ừng tr ồng. Trongđó chủ yếu là gỗ bạch đàn và gỗ keo các loại. Những loại nguyên liệu truyền thống như tre nứa các loại, bã mía, r ơ m r ạ, đay ítđượ csử dụng.

1.1 Tính chất vật lý và thành phần hóa học của một số loại nguyên liệu gỗ lárộng1.1.1 Tính ch ấ t vật lý của một số loại nguyên li ệu g ỗ lá r ộng

1.1.1.1 C ấ u trúc hình thái h ọcMặt cắt ngang thân cây gồm bốn phần: vỏ, tầng phát sinh, gỗ và tủy (hình 1.1,

hình 1.2).

Vỏ cây là phần ngoài cùng của thân cây, vỏ cây gồm hai lớ p: lớ p bên ngoài làlớ p vỏ chết, chỉ có tác dụng che chắn, bên trong là lớ p vỏ sống vừa có tác dụng chechắn, vừa là nơ i dự tr ữ và dẫn truyền chất dinh dưỡ ng.

Tầng phát sinh là một lớ p mỏng nằm sát vỏ trong của cây, bao gồm các tế bào

sống. Tầng phát sinh gồm một số lớ p tế bào, các tế bào phát triển theo kiểu phânđôi.Phần gỗ do tầng phát sinh tạo ra, hàng năm phần gỗ này tăng thêm một vòng

nên gọi là vòng tăng tr ưở ng hàng năm.Ở nhiều loại gỗ, vòng tăng tr ưở ng hàng nămcó thể đượ c quan sát bằng mắt thườ ng. Đó là các vòng trònđồng tâm mà tâm là phầntủy, từ đó có thể đếm số vòng tăng tr ưở ng hàng năm để tính tuổi cây. Trong mỗi vòngtăng tr ưở ng hàng năm, phần gỗ phía trong sinh ra vàođầu mùa sinh tr ưở ng gọi là gỗ sớ m, phần gỗ phía ngoài sinh ra vào cuối mùa sinh tr ưở ng gọi là gỗ muộn. Nhờ điềukiện sinh tr ưở ng thuận lợ i, phần gỗ sinh tr ướ c chứa các tế bào lớ n, thành mỏng nêngỗ sớ m có màu nhạt hơ n, nhẹ hơ n, mềm hơ n, chịu lực kém hơ n gỗ muộn. Cây sốngở xứ lạnh gỗ sớ m và gỗ muộn khác nhau rõ r ệt.

Tủy nằm ở phần tâm của mặt cắt ngang thân cây. Tủy đượ c tạo ra trong giaiđoạn sinh tr ưở ng banđầu của cây. Tủy bao gồm các tế bào thành mỏng, tủy xố p cónhiệm vụ dự tr ữ chất dinh dưỡ ng trong thờ i k ỳ đầu để nuôi cây, về sau tủy ngừng





8

phát triển. Tủy cây thườ ng cóđườ ng kính 3 ÷ 5 mm, gỗ có tủy lớ n thườ ng dễ bị nứtkhi khô.

Hình 1.1 S ơ đồ mặt cắt ngang thân cây, ru ột cây (a), g ỗ lõi (b), g ỗ giác (c), v ỏ trong(d), vỏ ngoài (e), t ầng phát sinh (f), l ớ p g ỗ phía ngoài (g), l ớ p g ỗ phía trong (h).

Quan sát gỗ giác và gỗ lõi trên mặt cắt ngang, có thể nhận thấy phần gỗ phíagần tâm màu sẫm hơ n phần gỗ xa tâm. Phần gỗ phía trong gọi là gỗ lõi, phần gỗ phíangoài gọi là gỗ giác.Ở phần lõi tế bào sắ p xế p chặt chẽ, nên phần lõi bền cơ học hơ n phần gỗ giác,đồng thờ i có khối lượ ng riêng biểu kiến lớ n hơ n.

Khi cắt dọc thân cây qua phần tủy và quan sát, ta thấy gỗ có các tia nằm ngangthân cây, tia bắt đầu từ vỏ chạy vào tủy gọi là tia sơ cấ p. Tia bắt đầu từ vỏ chạy vàocác vòng sinh tr ưở ng hàng năm gọi là tia thứ cấ p.

Hình 1.2 M ặt cắt thân cây: m ặt cắt ngang, m ặt cắt d ọc, mặt cắt d ọc qua tâm





9

Gỗ là tổ hợ p các loại tế bào, dựa vào hình dạng tế bào đượ c phân thành prosenchym và parenchyma. Prosenchym mảnh và dài, haiđầu thon dần, Parenchymngắn tiết diện ngang có hình chữ nhật hoặc đa giác. Dựa vào chức năng, tế bàođượ cchia thành các nhóm khác nhau: tế bào dẫn, tế bào đỡ (kèm) và tế bào dự tr ữ dinh

dưỡ ng. Tế bào dự tr ữ dinh dưỡ ng đóng vai trò dự tr ữ và phân phối chất dinh dưỡ ngcho cây.Đó là các tế bào parenchyma thành mỏng, chức năng của chúngđượ c duy trìtrong gỗ giác. Tế bào dẫn và tế bàođỡ là các tế bào chết, ruột tế bào chứa chất lỏnghoặc không khí. Trong gỗ lá r ộng tế bào có chức năng dẫn truyền là các tế bàoống(mạch), còn tế bào đỡ (kèm) có dạng sợ i. Chất lỏng vận chuyển trong cây, từ tế bàonày sang tế bào khác nhờ các lỗ thông nhau giữa các tế bào cạnh nhau. Lỗ thông là phần thủng của lớ p thứ cấ p, còn lớ p sơ cấ p đượ c giữ lại để đóng vai trò màng bánthấm.

Hình 1.3 S ơ đồ (mặt cắt ngang X, m ặt cắt d ọc tâm R, m ặt cắt d ọc T) các l ỗ x ố p g ỗ cứ ng, c ấ u t ạo của t ế bào ố ng và t ế bào đỡ E

Gỗ lá r ộng chứa một số loại tế bào, đảm nhận các chức năng khác nhau. Hệ thống đỡ gồm các tế bào dạng sợ i gọi là sợ i gỗ hoặc sợ i libe. Hệ thống dẫn gồm cáctế bào hìnhống, có ruột lớ n, hệ thống dự tr ữ dinh dưỡ ng gồm tế bào tia parenchyma. Ngoài ra, trong gỗ lá r ộng có loại tế bào pha tr ộn các dạng trên vàđượ c xế p vào

tracheit dạng sợ i. Tế bào dạng libe và tracheit dạng sợ i chiếm 65 ÷ 70% thể tích thângỗ.

Tế bào dạng libe thành dày, ruột nhỏ, thành tế bào có lỗ đơ n giản. Độ dài tế bào libe 0,7 ÷ 1,8 mm (trung bình 1,1 ÷ 1,2 mm), r ộng 14 ÷ 40 µm, thành tế bào dày3 ÷ 4 mm. Trong một số loại gỗ lá r ộng, sợ i gỗ thậm chí có thể dài 4 mm.





10

Ống dẫn tạo thành từ các tế bào cơ sở , ngắn có thành mỏng, dài 0,3 ÷ 0,4 mm,r ộng 30 ÷ 130 µm. Các tế bào này xế p nối đuôi nhau, tạo thànhống dài.Ở một số loạigỗ xố p, hệ thốngống dẫn đượ c phân bố đồng đều trong vòng sinh tr ưở ng hàng năm.Ở một số loài khác, cácống dẫn ở phần gỗ sớ m nhiều hơ n và lớ n hơ n so vớ i gỗ

muộn. Trên thành tế bàoống dẫn cũng có một số loại lỗ khác nhau[2].Tia gỗ lá r ộng chỉ chứa tế bào parenchyma, chiều r ộng của tia thayđổi theo

hướ ng tiế p tuyến. Chiều cao của tia (quan sát trên hình chiếu đứng) thayđổi từ mộttr ăm đến vài tr ăm dãy tế bào chồng lên nhau. Tia chiếm tớ i 5 ÷ 30% thể tích gỗ.

Hình 1.4 M ột số loại t ế bào chính c ủa g ỗ cứ ng: t ế bào ố ng c ơ sở của g ỗ bulô (A), g ỗ d ươ ng (C), cây s ồi g ỗ sớ m (D), cây s ồi g ỗ muộn (E), t ế bào ố ng g ỗ bulô (B), t ế bào parenchyma g ỗ sồi (F), t ế bào parenchyma g ỗ bulô (G), t ế bào trachied c ủa g ỗ

sồi (H) và g ỗ bulô, x ơ sợ i libriform g ỗ bulô (J).

Gỗ đượ c hình thành từ các tế bào. Các tế bào không phải tồn tại r ờ i r ạc màđượ c liên k ết vớ i nhau nhờ lignin, lignin là một hợ p chất cao phân tử có đặc tínhthơ m. Phân tử xenluylô tậ p hợ p lại vớ i nhau, nhờ tươ ng tác Vander Waals và liên k ếthydro giữa các mạch phân tử tạo thành vùngđịnh hướ ng hay còn gọi là vùng tinh thể.

Khi tươ ng tác giữa các phân tử yếu, các mạch phân tử khôngđịnh hướ ng tạo nênvùng vôđịnh hình. Một mạch đại phân tử có thể tồn tại trong một vùng tinh thể hoặcđi qua một số vùng tinh thể và một số vùng vôđịnh hình. Các tinh thể cùng vớ i vùngvô định hình k ết hợ p lại vớ i nhau thành tổ chức lớ n hơ n gọi là bó mạch (Hình 1.5).





11

Hình 1.5 C ấ u trúc c ủa một vi x ơ sợ i

Hêmixenluylôđa phần ở vùng vôđịnh hình, chỉ có một phần hêmixenluylôđịnh hướ ng theo vùng tinh thể của xenluylô, cũng có ngh ĩ a là đồng hướ ng vớ i bómạch xenluylô. Lignin tồn tại ở khoảng tr ống giữa các tinh thể cùng vớ i phần lớ nhêmixenluylô. Xenluylô, hêmixenluylô cũng như lignin là các cấu tử tạo nên thành tế bào. Tuy vậy, hàm lượ ng của chúng tùy thuộc vào vị trí trên thành tế bào. Lignin tậ ptrungở lớ p liên k ết giữa các tế bào càngđi sâu vào phía trong của mỗi tế bào thì hàmlượ ng lignin càng giảm.

Hình 1.6 S ơ đồ cấ u trúc thành t ế bào g ỗ (I), hình ch ụ p mặt cắt ngang b ằng kínhhi ể n vi đ i ện t ử của g ỗ vân sam (a) và g ỗ sồi (b) c ủa thành t ế bào vi x ơ sợ i các l ớ pkhác nhau c ủa t ế bào, ML: l ớ p liên k ế t gi ữ a các t ế bào; P: l ớ p sơ cấ p S 1 , S 2 , S 3(T)

các phân l ớ p của l ớ p th ứ cấ p; W: màng t ừ các h ạt nh ỏ .





12

Thành tế bào gồm hai lớ p, lớ p ngoài mỏng gọi là lớ p sơ cấ p vì đượ c tạo thànhtr ướ c, lớ p trong dày hơ n đượ c gọi là lớ p thứ cấ p vì đượ c tạo thành muộn hơ n. Lớ pngoài không chia thành phân lớ p. Lớ p trong có ba phân lớ p S1, S2, S3 k ể từ ngoài vàotrong (hình 1.6).

Lớ p sơ cấ p chỉ là một màng mỏng, vớ i độ dày 0,1 ÷ 0,2 µm. Lớ p này tạo thànhtừ xenluylô, hêmixenluylô vàđượ c bao phủ bở i lignin, ngoài ra lớ p này cũng chứa pectin và protein. Tuy không phân biệt lớ p rõ r ệt như lớ p thứ cấ p, nhưng ở phầnngoài và phần trong của lớ p các bó mạch xenluylô sắ p xế p khác nhau[13].

Ở lớ p sơ cấ p, lignin cũng đóng vai trò chất liên k ết. Tại đây hàm lượ ng lignincao hơ n ở lớ p thứ cấ p. Tuy vậy, do lớ p này mỏng nên tổng lượ ng lignin không lớ n.Phân lớ p ngoài cùng S1 và phân lớ p trong S3 tươ ng đối mỏng, trong khiđó phân lớ p

giữa S2 dày hơ n. Phân lớ p giữa chiếm tớ i 80 ÷ 95% thành phần hóa học của thành tế bào.

Phân lớ p S1 dày 0,2 ÷ 0,3 µm,ở phân lớ p này các bó mạch xế p theo kiểu xoắnốc trái hoặc phải tạo thành góc 500 ÷ 700 so vớ i tr ục xơ sợ i. Các bó mạch xế p chồnglên nhau thành lớ p, bao gồm 3 ÷ 4 tầng bó mạch.

Hình 1.7 S ơ đồ một số thành ph ần hóa h ọc chính trong các l ớ p của t ế bào

Các đặc tr ưng về độ dày của lớ p cũng như sự sắ p xế p các bó mạch ở lớ p nàycóảnh hưở ng quyết định tớ i độ cứng cáp của xơ xenluylô cũng như các tính chất làmgiấy. Các tế bào gỗ không nằm r ờ i r ạc màđượ c gắn k ết vớ i nhau bở i lignin. Lignin là





13

cấu tử chủ yếu tạo nên lớ p liên k ết giữa các tế bào (thườ ng gọi là lớ p giữa-middlelamella). Mặc dù hàm lượ ng ligninở đây r ất cao, nhưng phần lớ n lignin của gỗ lạinằmở lớ p thứ cấ p của thành tế bào tớ i 70% vì thể tích của lớ p thứ cấ p lớ n.

1.1.1.2 T ỷ tr ọngQua các k ết quả nghiên cứu cho thấy khả năng sinh tr ưở ng của cây càng nhanhthì tỷ tr ọng thấ p hơ n so vớ i cây sinh tr ưở ng chậm. Điều này r ất phù hợ p vớ i quy luậttự nhiên là cây sinh tr ưở ng nhanh thì tỷ tr ọng của gỗ càng thấ p. Mặt khác tỷ tr ọng củacây còn phụ thuộc vào tuổi cây, vùng lậ p địa, mùa khai thác… Trong một vùng sinhthái tuổi cây càng cao thì tỷ tr ọng của gỗ càng lớ n. Tỷ tr ọng của cây càng lớ n có thể gây khó khăn cho quá trình nấu do cấu trúcđặc của gỗ ngăn cản khả năng thẩm thấuhoá chất. Các k ết quả về tỷ tr ọng và thể tích gỗ của một số loại gỗ lá r ộng tr ồngở một

số vùngở Việt Namđượ c đưa ra trong bảng 1.1[4]. Bảng 1.1 T ỷ tr ọng c ủa một số loại g ỗ lá r ộng theo độ tuổ i và vùng sinh thái

Loài cây-địa điểm Tuổi D1,3,(cm) Hvn, (m) V, (m3) ρm, (kg/m3)Keo lai -Đồng Nai 5 14,5 15,0 0,124 456Keo lai-Nghệ An 5 12,0 11,0 0,062 450Keo lai-V ĩ nh Phúc 5 9,7 7,0 0,026 524Keo tai tượ ng-Nghệ An 5 13,5 12,5 0,089 427

Keo tai tượ ng-V ĩ nh Phúc 5 9,9 6,0 0,023 525Bạch đàn đỏ-Đồng Nai 5 15,5 10,5 0,099 495Bạch đàn đỏ-V ĩ nh Phúc 4 12,1 8,6 0,049 493Keo lá tràm-Đồng Nai 5 10,5 7,5 0,032 434Keo lá tràm-Nghệ An 5 10,0 6,0 0,016 442

Tỷ tr ọng của gỗ lá kim muộn gấ p 2 đến 3 lần so vớ i gỗ sớ m vì thành tế bàocủa gỗ muộn dày hơ n và thành tế bào của gỗ sớ m mỏng hơ n. Theo nghiên cứu của

Spurr và Hsiung tỷ tr ọng của gỗ lá kim muộn từ 600 ÷ 900 kg/m3, tỷ tr ọng của gỗ sớ m từ 250 ÷ 320 kg/m3[13].

Trong tr ườ ng hợ p gỗ quá cứng (tỷ tr ọng cao), gây nhiều khó khăn khi chặtmảnh và nấu bột giấy vì hóa chất khó thẩm thấu vào trong mảnh nguyên liệu. Nhưngnếu gỗ có tỷ tr ọng thấ p thì hệ số chất chặt nạ p mảnh vào thiết bị nấu giảm, năng suất





14

thiết bị giảm, chi phí năng lượ ng cao. Gỗ lá r ộng nói chung có mật độ cao hơ n gỗ lákim. Dođó, có thể tăng khối lượ ng nạ p vào thiết bị nấu, tăng năng suất thiết bị, giảmtiêu hao hóa chất và giảm chi phí năng lượ ng.

1.1.1.3 M ột số nét đặc tr ư ng của g ỗ keo Keo tai tượ ng (Acacia mangium) là các giống cây nhậ p nội từ Australia có

xuất xứ từ Cardewh, ... Loài cây nàyđượ c tr ồng phổ biến ở Đông Nam Á.Đây là loạicây thích nghi vớ i các vùng có lượ ng mưa 700-2.000mm/năm và thấ p nhất là 40mmvào mùa khô, mọc tốt trênđất có pH từ 3-7, vàđộ cao khoảng 80-400m so vớ i mựcnướ c biển. Nhiệt độ cao nhất là 32-340C và thấ p nhất là 17-220C. Cácđặc điểm nàyr ất phù hợ p vớ i cả ba miền Bắc-Trung-Namở Việt Nam. Khả năng tăng tr ưở ng củacây đạt trung bình 18-20m3/ha/năm. Hiện nay cây keo tai tượ ng là một trong nhữnggiống cây chính trong sản xuất gỗ nguyên liệu cho sản xuất bột giấy, cho gia công gỗ và chúngđã đượ c công nhận là giống cây chính cho 9 vùng sinh thái lâm nghiệ p[1].

Keo lai tên gọi tắt để chỉ giống lai tự nhiên giữa keo tai tượ ng (Acaciamangium) và keo lá tràm (Acacia aurculformis). Keo lai mang tính trung gian giữakeo tai tượ ng và keo lá tràm về: hoa và hạt, lá và hình dáng thân cây… song cây keolai tự nhiên rađờ i F1 thể hiện ưu thế hơ n so vớ i cây bố mẹ: tốc độ sinh tr ưở ng nhanh,độ trònđều của thân cây, thân câyđơ n tr ục, đỉnh ngọn phát triển tốt. K ết quả nghiêncứu cho thấy hàm lượ ng xenluylô của keo lai cao hơ n keo lá tràm và tươ ng đươ ng

keo tai tượ ng (50-51%), các thành phần khác tươ ng đươ ng nhau. Cây keo lai mọc tốtở hầu hết các dạng đất có độ pH 3-7, phân bố ở độ cao 600-800 m so vớ i mặt nướ c biển. Câyưa sáng, mọc nhanh và có khả năng cải tạo đất tốt, chống xói mòn, chốngcháy r ừng. Sản lượ ng gỗ thươ ng phẩm của gỗ keo lai có thể đạt trên 100m3/ha chochu k ỳ tr ồng 7 năm.

Tỷ tr ọng của gỗ keo tai tượ ng, gỗ keo lai 420 ÷ 530 kg/m3, hàm lượ ngxenluylô trong khoảng 46-51%, lignin 23-26%đặc tr ưng cho các loại nguyên liệu gỗ lá r ộng. Hơ n nữa cây keo các loại khả năng phát triển nhanh, chu k ỳ khai thác ngắntăng năng suất tr ồng r ừng và hiệu quả sản xuất bột giấy.

1.1.2 Thành ph ần hóa h ọc của một số loại nguyên li ệu g ỗ lá r ộng

1.1.2.1 Thành ph ần hóa h ọc

Hiệu suất bột giấy phụ thuộc vào thành phần hóa học của gỗ, nhìn chung hàmlượ ng xenluylô càng cao và hàm lượ ng lignin, các chất tan trong xút loãng, trong





15

axeton, trong nướ c nóng, trong nướ c lạnh càng thấ p thì càng tốt. Các thành phần hóahọc khác,đặc biệt là lignin có ý ngh ĩ a r ất quan tr ọng trong quá trình chế biến bộtgiấy, nếu hàm lượ ng lignin trong nguyên liệu càng thấ p thì điều kiện công nghệ chế biến sẽ ít khắc nghiệt hơ n và hiệu quả sử dụng hóa chất sẽ cao hơ n. Thành phần hóa

học của gỗ phụ thuộc vào vùng lậ p địa, tuổi cây, mùa khai thác..v.v. Thành phần hóahọc của một số loại nguyên liệu gỗ cứng theođộ tuổi và vùng lậ p địa đượ c đưa ratrong bảng 1.2 [4].

Bảng 1.2 Thành ph ần hóa h ọc của g ỗ keo và b ạch đ àn đỏ Thành phần hóa học, %

Các chất tan trongLoài cây-địa điểm Tuổi Xen-luylô

lignin Pento-zan

Tro

Nướ cnóng

Nướ cLạnh

CồnBenzen

Xút1%

Bạch đàn đỏ-Đồng Nai 5 47,5 25,0 19,0 0,65 6,60 4,50 4,50 16Bạch đàn đỏ-Nghệ An 5 47,5 21,6 20,4 0,70 6,80 4,51 4,49 16Bạch đàn đỏ-V ĩ nh Phúc 4 45,8 24,7 23,1 0,39 4,78 3,26 2,26 14Keo lai-Đồng Nai 5 50,5 24,0 20,5 0,33 3,53 2,53 2,49 11Keo lai-Nghệ An 5 49,0 24,8 21,7 0,29 3,89 2,66 2,91 12Keo lai-V ĩ nh Phúc 5 51,0 23,2 24,5 0,27 3,64 3,33 4,00 11Keo tai tượ ng-Nghệ An 5 50,8 23,1 19,9 0,55 3,52 2,68 3,94 13Keo tai tượ ng-V. Phúc 5 49,0 25,5 23,8 0,19 3,16 2,23 4,30 11

Keo lá tràm-Đồng Nai 5 47,5 25,5 19,5 0,40 3,51 2,04 5,53 14Keo lá tràm-Nghệ An 5 48,1 25,2 19,9 0,39 3,91 2,43 5,69 13

Nhìn chung, hàm lượ ng thành phần hóa học của gỗ bạch đàn đỏ và gỗ keo cácloại như xenluylô (45 ÷ 51 %), lignin (21 ÷ 25 %) biến đổi trong khoảng đặc tr ưngcho các loài gỗ lá r ộng, ngoại tr ừ bạch đàn đỏ tr ồngở Nghệ An có hàm lượ ng ligninthấ p hơ n 23 %.

1.1.2.2 Các ch ấ t trích ly

Nhựa trong các loại gỗ cứng sử dụng làm nguyên liệu giấy chủ yếu đượ c chứatrong các tế bào nhu mô và có thành phần chính là các axít béo (chủ yếu là chưa no)như axít oleic, linoleic và linolenic; sterol và r ượ u triterpenyl.

Theo Adrian và các cộng sự [5] nhựa gỗ bạch đàn ( Eucaluptus globulus ) cóthành phần chủ yếu là steryl este, sitosteryl lioleat và oleat. Một số loại hợ p chất điển







17

Hình 1.8 C ấ u t ạo hoá h ọc của phân t ử xenluylô th ể hi ện theo ph ươ ng pháp ph ố icảnh Haworth, n: độ trùng h ợ p (DP).

o

OHOH

OH

CH2OHO

O

OH

CH2OH

OH

O

H, OHo

OH

OH

CH2OH

n

Xét về thành phần hoá học, đơ n vị mắt xích của xenluylô là anhydro-β-D-glucopyranoza. Về phươ ng diện cấu tạo mạch, cứ sau haiđơ n vị mắt xích, cấu tạomạch lại đượ c lậ p lại.

1.1.2.4 HêmixenluylôHêmixenluylô và xenluylô là phần cacbohydrat tạo thành tế bào. Ngoài ra,

trong gỗ còn một số polysaccarit khác không tạo nên thành tế bào, như các chất pectin. Hêmixenluylô là hỗn hợ p của một số loại polysaccarit, khi thuỷ phân, chủ yếutạo ra một số đồng phân lậ p thể thuộc pentoza và một số đồng phân lậ p thể thuộchexoza. Theo cách nóiđơ n giản, phần hêmixenluylô khi thuỷ phân tạo ra pentoza gọilà pentozan, phần hêmixenluylô tạo ra hexoza gọi là hexozan.

Các đơ n vị mắt xích của các polysaccarit hêmixenluylô thườ ng là vònganhydro của các saccarit như D-glucoza, D-mannoza, D-galactoza (thuộc hexoza), D-xyloza, L-arabinoza (thuộc pentoza). Hêmixenluylô gỗ lá kim bao gồm chủ yếu cácđơ n vị mắt xích mannoza. Trong khiđó, gỗ lá r ộng lại tr ội hơ n về hàm lượ ng đơ n vị mắt xích xyloza trong thành phần hêmixenluylô.

Ngoài anhydro của các saccarit thuộc hexoza và pentozađã k ể trên, thành phần của một số polysaccarit hêmixenluylô còn có cácđơ n vị axit D-glucuronic, axit4-O-metyl-D-glucuronic và D-galacturonic. Thêm nữa, một số polysaccarithêmixenluylô còn liên k ết vớ i nhóm axetyl, làm cho thành phần của hêmixenluylô tr ở nên phức tạ p hơ n. Trong gỗ, hàm lượ ng đơ n vị mắt xích uronic có thể chiếm tớ i 9-

17% hêmixenluylô.Glucuronoxylan là polysaccarit hỗn tạ p chủ yếu của gỗ lá r ộng. Các loại gỗ lá

r ộng khác nhau có hàm lượ ng copolyme này khác nhau, daođộng trong khoảng 15%đến 30% so vớ i gỗ khô tuyệt đối.

Glucoronoxylan là cách gọi đơ n giản để chỉ hợ p chất tạo thành từ đơ n vị mắtxích xyloza và vòng pyranoza của axit O-axetyl-4-O-metylglucurononic (xylan).





18

Mạch chính của xylan tạo thành từ cácđơ n vị mắt xíchβ-D-xylopyranoza, cácđơ n vị này nối vớ i nhau bằng liên k ết glycozit 1-4. Từ mạch chính, một số đơ n vị mắtxích liên k ết vớ i đơ n vị axit 4-O-metyl-α -D-glucuronic, tạo thành các nhánh. Cácnhánh gồm một đơ n vị dẫn xuất glucuronic này nối vớ i mạch chính nhờ liên k ết

glycozit 1-2, trung bình có một nhánh trên mườ i mắt xích xyloza.Một số loài gỗ lá r ộng có cấu tạo mạch copolyme của xyloza khá phức tạ p.

Đơ n vị gần cuối mạch là vòng pyranoza của axit α -D-galacturonic, nối vớ i đơ n vị xyloza cuối mạch bằng liên k ết glycozit 1-4, nhưng lại nối vớ i đơ n vị L-rhamnozađứng tr ướ c đó bằng liên k ết glycozit 1-2.Đến lượ t mình,đơ n vị α -L-rhamnoza nàylại nối vớ i đơ n vị xylopyranoza tr ướ c đó bằng liên k ết glycozit 1-3.

Đối vớ i gỗ lá r ộng bên cạnh xylan còn chứa 2-5% glucomannan. Mạch

copolyme loại này đượ c tạo thành từ các đơ n vị β-D-glucopyranoza vàβ-D-mannopyranoza. Cácđơ n vị mắt xíchđượ c nối vớ i nhau bằng liên k ết glycozit 1-4.

Tỷ lệ các đơ n vị mắt xích có thể thay đổi tùy thuộc vào loài cây, daođộngtrong khoảng mannoza:glucoza = 1:2 ÷ 2:1. Copolyme này tạo thành từ hai đồng phân lậ p thể thuộc hexoza nên có thể gọi là hexozan. Ngoài glucuronoxylan vàglucomannan, gỗ lá r ộng còn chứa một lượ ng nhỏ các polysaccarit hỗn tạ p như ở gỗ lá kim. So vớ i xenluylô, liên k ết giữa các đơ n vị mắt xích trong hêmixenluylô cũng phức tạ p hơ n. Trong xenluylô cácđơ n vị nối vớ i nhau nhờ liên k ết glycozit 1-4, trongkhiở hêmixenluylô liên k ết giữa cácđơ n vị mắt xích có thể là glycozit 1-6, 1-4, 1-3và 1-2.

Trong gỗ lá r ộng (bulô) hàm lượ ng xylan cao nhất ở phân lớ p S2. Thành phầnhêmixenluylô cũng phụ thuộc vào tuổi cây. Gỗ ở cây non chứa nhiều xylan nhưng ítxenluylô và glucomanan so vớ i gỗ tr ưở ng thành.Ở gỗ lá kim, lớ p gỗ sớ m chứa nhiềuxylan và ít glucomannan so vớ i gỗ muộn.

Như vậy, hàm lượ ng các cấu tử của hêmixenluylô phụ thuộc vào loại cây, phụ thuộc vào vị trí cây, phụ thuộc vào từng loại tế bào và vị trí trong tế bào, phụ thuộcvào mức độ tr ưở ng thành của cây..v.v.





19

1.1.2.5 Lignin

Lignin là hợ p chất cao phân tử có đặc tính thơ m. Bộ khung của đơ n vị mắtxích lignin là phenyl propan. Thành phần hoá học của lignin thayđổi tùy theo loàithực vật.

Lignin chiếm khoảng 30% khối lượ ng gỗ khôở cây lá kim, khoảng 20%ở câylá r ộng. Lignin cùng vớ i hêmixenluylô và xenluylô tạo nên thành tế bào gỗ. Khối vậtliệu composit nguồn gốc tự nhiên này làm cho gỗ có độ bền cơ cao và bảo đảm chocây cứng cáp.

Lignin gỗ lá r ộng, ngoài guaiacylpropan, còn chứa các đơ n vị mắt xích 3,5-dimetoxy-4-hydroxy phenylpropan. Tỷ lệ các loại liên k ết giữa các đơ n vị Phenylpropanđượ c liệt kêở bảng 1.3.

Bảng 1.3 T ỷ l ệ các lo ại liên k ế t dime c ủa lignin (% so v ớ i t ổ ng số đơ n v ị phenylpropan).

Kiểu liên k ết Gỗ lá kim Gỗ lá rộngA. eteβ-aryl (β-O-4) 45 ÷ 48 60B. eteα -aryl (α -O-4) 6 ÷ 8 6 ÷ 8C. phenylcoumaran (β-5, α -O-4) 9 ÷ 12 6D. ete diphenyl (5-O-4) 3,5 ÷ 8 6,5E. biphenyl (5-5’) 9,5 ÷ 17 4,5F. diarylpropan (β-1) 7 ÷ 10 8G. pinoresinol (β-β) 3 -H. eteα -alkyl (α -O-γ) Ít ÍtI. dibenzodixoxin Chưa xácđịnh Chưa xácđịnhK. lignin-cacbohydrorat Chưa xácđịnh Chưa xácđịnh

Các nhóm chức có ảnh hưở ng lớ n nhất đến tính chất của lignin là nhómhydroxyl phenol, nhóm hydroxyl r ượ u benzylic và nhóm cacbonyl. Hàm lượ ng củacác nhóm chức thayđổi tùy thuộc theo loài thực vật và tùy thuộc vị trí của ligninở lớ p liên k ết (lớ p giữa), lớ p sơ cấ p hay thứ cấ p của tế bào thực vật. Hàm lượ ng nhómchức của lignin gỗ lá kim và gỗ lá r ộng đượ c trình bàyở bảng 1.4.





20

Bảng 1.4 S ố l ượ ng các nhóm ch ứ c của lignin (tính theo 100 đơ n v ị phenylpropan)

Nhóm chứ c Gỗ lá kim Gỗ lá rộngMetoxyl 92 ÷ 96 139 ÷ 158Hydroxyl phenol (tự do) 15 ÷ 30 9 ÷ 13Hydroxyl benzylic 15 ÷ 20Ete benzylic dạng mở 7 ÷ 9Cacbonyl 20

1.2Ảnh hưở ng của quá trình xử lý kiềm nóngđến tính chất vật lý và thành phầnhóa học của một số loại nguyên liệu gỗ lá rộng.1.2.1 Ả nh h ưở ng đế n tính ch ấ t vật lý

Quá trình thẩm thấu phụ thuộc vào cấu trúc của gỗ, cụ thể là phụ thuộc vàonhững phần sống nhiều hay ít của tế bào (tế bào túi, tế bào sợ i và tế bào khác). Những phần r ỗng giữa các tế bào và cấu trúc của thành tế bào, của nhân tế bào .v.v..

Ở thành tế bào, hêmixenluylô, lignin và xenluylô liên k ết vớ i nhau theo mộtkiểu có tính hệ thống. Giữa xenluylô và xeluylô có loại liên k ết thành những búi từ nhỏ đến lớ n, nhỏ nhất là tinh thể xenluylô và lớ n nhất là sợ i. Vì thế giữa các búi nàycó một hệ thống các khe hở nhỏ. Chính những khe hở này cóảnh hưở ng đến tỷ tr ọngcủa gỗ, từ đó gỗ có tỷ tr ọng nhỏ hút dịch nhanh và nhiều hơ n gỗ có tỷ tr ọng lớ n.

Ảnh hưở ng thứ hai là độ ẩm ban đầu và kích thướ c dăm mảnh gỗ, nhiệt độ dung dịch để gỗ thẩm thấu, nồng độ dung dịch loại hóa chất dùngđể thẩm thấu.

Do tính chất và cấu tạo của gỗ như vậy, cho nên ta thấy r ằng hóa chất thẩmthấu vào gỗ chủ yếu và tr ướ c tiên vào phần r ỗng lớ n nhất như phần r ỗng giữa các tế bào, các túi sợ i, sauđó dịch thẩm thấu qua thành sợ i vào giữa tế bào, cuối cùng là vàocác khe hở nhỏ trong thành sợ i[9].

Tốc độ khuếch tán của kiềm vào dăm mảnh gỗ tính cho một đơ n vị diện tíchtrong phươ ng ngang nhỏ hơ n vào khoảng hai lần so vớ i phươ ng dọc (nhưng theo phươ ng ngang kiềm thẩm thấu vào dăm mảnh gỗ qua bốn phía của khối lậ p phươ ng

còn theo phươ ng dọc chỉ qua hai phía).Đối vớ i những chất điện ly trung tính NaCl vànhững chất điện ly axit HCl thì có sự khác nhau về tốc độ khuếch tán dọc theo sợ i lớ nhơ n r ất nhiều khoảng 12,5 lần tính cho một đơ n vị diện tích. Tốc độ khuếch tán của NaOH theo phươ ng ngangđối vớ i xơ sợ i tươ ng đối lớ n có thể giải thích hoặc bằnghiện tượ ng tách nhựa và chất béo của gỗ hoặc bằng hiện tượ ng tr ươ ng nở thành sợ idướ i tác dụng của kiềm. Trong môi tr ườ ng kiềm một số chất hữu cơ trong gỗ tr ở





21

thành hòa tanđượ c, nhưng không phải toàn bộ lượ ng chất hữu cơ đã ở dạng hòa tanđượ c trích ly vào dịch đen mà một phần lượ ng chất này cònở trong mảnh gỗ[8].

Quá trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ là sự k ết hợ p của hóa chất xử lý và nghiền bột tách ra thành xơ sợ i. Thông thườ ng dùng Na2SO3 cho sản xuất bột cơ học từ gỗ mềm, Na2SO3 hoặc NaOH cho sản xuất bột cơ học từ gỗ cứng. Trong quá trình xử lý bằng hóa chất một số thành phần hóa học của gỗ thayđổi tạo điều kiện cho quá trìnhnghiền phân tách thành xơ sợ i. Lignin có khả năng tr ươ ng nở trong quá trình xử lýkhi hình thành các nhómưa nướ c như nhóm sulfonate hoặc nhóm carboxylic. Ngoàira, trong quá trình xử lý bằng hóa chất thì carbohydrat có thể thayđổi bằng các phảnứng khử axêtyl hóa, phảnứng thủy phân, hòa tan một phần.

Trong quá trình xử lý kiềm kích thướ c dăm mảnh thayđổi phụ thuộc nồng độ

kiềm, nhiệt độ xử lý, thờ i gian xử lý. Nồng độ kiềm xử lý nhỏ hơ n 2,5% thì kíchthướ c dăm mảnh theo cả ba chiều (chiều dài, chiều r ộng, chiều dày)đều tăng lên,đặc biệt là chiều dày. Khi nồng độ kiềm xử lý lớ n hơ n 3% khôngđem lại sự tăng kíchthướ c của dăm mảnh đáng k ể, riêngđối vớ i chiều dài (dọc thớ ) lại giảm[9].

Tỷ tr ọng trong quá trình xử lý kiềm nóng giảm khi tăng các yếu tố ảnh hưở ngnhư nồng độ kiềm, thờ i gian xử lý, nhiệt độ xử lý. Vì trong quá trình xử lý kiềm nóngkhi thayđổi các yếu tố ảnh hưở ng thì xu hướ ng kích thướ c dăm mảnh tăng lên,đồngthờ i xảy ra các phản ứng hóa học chủ yếu hòa tan các chất trích ly, các thành phầnkhác như pentozan, lignin, xenluylô giảm khôngđáng k ể.

1.2.2 Ả nh h ưở ng đế n thành ph ần hóa h ọc

1.2.2.1 Nh ự a cây (các ch ấ t tan trong dung môi h ữ u cơ )

1.2.2.1.1 Nh ự a cây trong quá trình n ấ u bột theo ph ươ ng pháp kraft

Theo Black [3] giaiđoạn chuẩn bị nguyên liệu (chặt mảnh và sàng mảnh) cóảnh hưở ng quan tr ọng đến hàm lượ ng nhựa: Trong quá trình chặt mảnh gỗ một số hợ p chất nhựa có trong các kênh dẫn nhựa đượ c ép thoát ra ngoài tạo thành các hạt

nhỏ và do phần lớ n các hạt nhựa này bám lên trên bề mặt mảnh vụn nên sẽ đượ c loại bỏ trong quá trình sàng mảnh.

Sau khiđã hoà tan vào trong dịch nấu và đạt đượ c một nồng độ nhất định xà phòng axít nhựa và axít béo tạo thành các mixen hoặc hỗn hợ p mixen. Các mixenđượ c tạo ra có thể hoà tan các hợ p chất nhựa không xà phòng hoáđượ c và không tan





22

trong nướ c (sterol). Như vậy, các loại nguyên liệu có hàm lượ ng axít nhựa và axít béotự do cao có thể loại bỏ nhựa triệt để hơ n.

Một số yếu tố công nghệ như kích thướ c mảnh, nồng độ kiềm, nhiệt độ bảo ônvà khả năng thẩm thẩu của mảnh cóảnh hưở ng đến hiệu quả loại nhựa trong quá trìnhnấu, trongđó nồng độ kiềm hoạt tính là yếu tố cóảnh hưở ng quan tr ọng nhất. Nồngđộ kiềm hoạt tính đủ cao giaiđoạn cuối của chu k ỳ nấu bột cũng là yếu tố có ảnhhưở ng quan tr ọng đến hiệu quả của quá trình hoà tan nhựa, đặc biệt đối vớ i các hợ pchất có tốc độ xà phòng hoá chậm như steryl este. Trong các quy trình nấu sunphátcải tiến, nồng độ kiềm hoạt tínhở cuối chu k ỳ nấu thườ ng đượ c giữ ở mức cao hơ ngiaiđoạn đầu cho phép nâng cao hiệu suất bột và cải thiện khả năng tách nhựa.

Trong quá trình nấu bột theo phươ ng pháp sunphát các hợ p chất có trong nhựa

cây phảnứng vớ i xút theo các phảnứng cụ thể như sau:+ Axít béo và axít nhựa tự do + NaOH Xà phòng natri (K 1);+ Triglyxerit + NaOH Xà phòng natri + Glyxerol (K 2);+ Steryl este + NaOH Xà phòng natri + Sterol (K 3).

Các phản ứng này diễn ra trên bề mặt các pha r ắn/lỏng vớ i tốc độ phản ứng xế ptheo thứ tự K 1 >> K 2 >> K 3. Như vậy, axít béo và axít nhựa tự do xà phòng hoánhanh nhất, steryl este xà phòng hoá vớ i tốc độ chậm nhất, chậm hơ n nhiều so vớ itriglyxerit.

1.2.2.1.2 Nh ự a cây trong quá trình s ản xuấ t bột hoá nhi ệt cơ (CTMP)Quá trình sản xuất bột hoá nhiệt cơ thườ ng đượ c thực hiện bằng cách nghiền

các mảnh nguyên liệu đã đượ c thẩm thấu tr ướ c đó vớ i một số loại hoá chất như xút vàsunphít natri.

Do mức dùng kiềm cho quá trình thẩm thấu mảnh thườ ng không lớ n nên nồngđộ kiềm hoạt tính khôngđủ để thuỷ phân triglyxerit và các este khác có trong nhựacây. Cơ chế loại nhựa chủ yếu diễn ra trong quá trình sản xuất bột CTMP là phân tán:Các axít nhựa và axít béođượ c xà phòng hoá trong giaiđoạn thẩm thấu vớ i kiềm vàtan vào trong dung dịch, sau khiđạt đến một nồng độ nhất định các hợ p chất dạng xà phòng này tạo thành các mixen lôi kéo sự hoà tan các hợ p chất nhựa trung tính vàkhông xà phòng hoáđượ c. Nhựa sauđó đượ c loại bỏ khỏi hệ thống nhờ quá trình r ửa.Quá trình loại nhựa từ bột CTMP sẽ hiệu quả hơ n nếu trong giaiđoạn thẩm thấ p áp





23

dụng cácđiều kiện như pH cao hơ n, nhiệt độ cao hơ n hoặc sử dụng các chất hoạt tính bề mặt như là những tác nhân tr ợ giúp quá trình phân tán nhựa.

Phần lớ n bột CTMPđượ c tẩy tr ắng bằng các quy trình sử dụng perôxit hyđromột hoặc hai giaiđoạn. Perôxit thườ ng ít phản ứng vớ i nhựa phân tán mà chỉ phảnứng vớ i các axít nhựa, axít béo không nođã hoà tan vào trong dung dịch. Hàm lượ ngnhựa trong bột CTMP giảm r ất ít qua các giaiđoạn tẩy tr ắng bằng perôxit hyđrô.

1.2.2.2 Xenluylô, lignin, pentozan

1.2.2.2.1 Xenluylô, lignin, pentozan trong quá trình n ấ u bột theo ph ươ ng pháp kraft.

Khác vớ i nấu theo phươ ng pháp sunphít, những phản ứng hoá học trong quátrình nấu kiềm xảy ra ngay khi cònở nhiệt độ thấ p và sự hoà tan các chất của gỗ đã bắt đầu xảy ra ngay từ thờ i điểm đầu khi mà kiềm tiế p xúc vớ i dăm mảnh gỗ. Quá

trình chủ yếu xảy ra khi nấu xút và nấu sunphát là phản ứng hóa học dị thể trên bề mặt tiế p xúc giữa gỗ và dung dịch nấu. Cơ chế chung của toàn bộ quá trình bao gồmnhững giaiđoạn k ế tiế p nhau:

+ Dung dịch nấu thẩm thấu vào gỗ

+ Kiềm hoạt tính hấ p phụ lên bề mặt phảnứng của dăm gỗ

+ Xuất hiện những liên k ết hóa học giữa kiềm hoạt tính vớ i những cấu tử gỗ.

+ Thủy phân những liên k ết trong tổ hợ p chất của gỗ (chủ yếu là trong phân tử lignin).

+ Hòa tan những sản phẩm của phảnứng bằng khuếch tán.

Những hiện tượ ng xảy ra trong quá trình nấu cho thấy: theo tiến triển của giờ nấu đầu tiên khi mà nhiệt độ gần 1000C thì trong cả hai phươ ng pháp trênđã có 6-8% các chất của gỗ chuyển vào trong dung dịch, nhưng thực tế lignin chưa bắt đầuhoà tan.Ở giờ nấu thứ 3 khi nhiệt độ nấu là 1600C thì trong tr ườ ng hợ p nấu sunphátđã hoà tanđượ c gần 60% lignin và hiệu suất bột là 45%. Sự hoà tan lignin tăng dầntheo nhiệt độ nấu, nhưng càng về cuối quá trình nấu sự hoà tan lignin giảm dần và r ấtchậm[8].

Tốc độ chuyển hydratcacbon vàđặc biệt là pentozan vào dung dịch thực tế như nhauđối vớ i nấu xút và nấu sunphát. Một thờ i điểm r ất đặc biệt là sự phân huỷ





24

pentozan (nói chính xác hơ n là sự phân huỷ những chất tạo rucruron) xảy ra trongkiềm bắt đầu từ giờ nấu thứ ba.

Tr ật tự tác dụng của kiềm vớ i những cấu tử chủ yếu của gỗ trong quá trình nấuxút và nấu sunphát có thể xảy ra theo sơ đồ sau: Đầu tiên xảy ra sự phá huỷ hêmixenluylô dễ thuỷ phân, sau đó đến phá huỷ lignin, cuối cùng là phá huỷ hêmixenluylô khó thuỷ phân và xenluylô. Nhưng thực tế tất cả những quá trình trênxảy ra tr ồng lên nhauở mức độ khá cao (đặc biệt là trong quá trình nấu sunphát) vàkhông thể phân chia danh giớ i rõ ràng theo thờ i gian nấu.

Trong quá trình nấu bột theo phươ ng pháp kraft gần 90% lignin, 60%hêmixenluylô, 15% xenluylô bị hòa tan trong quá trình nấu đối vớ i gỗ thông (Pinussylvestris) và gỗ bulô (Betula pedula/B. pubescens) vớ i hiệu suất bột là 47% và 53%

[10]. S ơ đồ cân b ằng các ch ấ t hữ u cơ của g ỗ trong quá trình n ấ u bột kraft

cho s ản xu ấ t bột t ẩ y tr ắng

Gỗ thông Xcăng-đi-na-vi (Pinus silvestris) nấu theo phươ ng pháp kraft tớ i tr ị số kappa 27, tổng hiệu suất bột 47%. Thành phần hoá học của gỗ và hiệu suất đượ cđưa ra trong bảng 1.5[7].

Gỗ 100 %

Các chất trích ly<5 %

Bột chư a tẩy trắng45-55 %

%+ Xenluylô 40-45+ Hêmixenluylô 25-35+ Lignin 20-30+ Các chất trích ly < 5

%+ Xenluylô 65-75+ Hêmixenluylô 20-30

+ Lignin < 5

Các hợ p chất hữ u cơ (5 %)

Bột tẩy trắng(40-50 %)

%+ Xenlulo 70-80+ Hemixenlulo 20-30

Dịch đen(40-50 %)

%+ Aliphatic axit 40-50+ Lignin 35-45+ Hợ p chất hữu cơ 10-15





25

Bảng 1.5 Thành phần hoá học của gỗ và hiệu suấtGỗ, (%) So vớ i bột, (%) So vớ i gỗ, (%)

Xenluylô 39 88,5 34,5Glucomannan 17 33,0 5,6Xylan 8 60,0 4,8Chất trích ly 8 5,0 0,4Lignin 28 6,0 1,7Tổng 100 47,0

* Tác d ụng của kiề m vớ i lignin Lignin kiềm hay alkalylicnin trong kiềm đen nấu xút chính là sản phẩm hoà

tan lignin của gỗ và là hỗn hợ p của những hợ p chất hữu cơ mạch vòng vớ i khối lượ ng

phân tử và kích thướ c hạt r ất khác nhau. Gần 70-80% lignin kiềm nằm trong kiềmđen làở dạng keo hoà tan và có thể bị k ết tủa khi bị oxy hoá. Phần còn lại gần 20-30% gọi là sản phẩm lignin hoà tan, hạt của nó có kích thướ c nhỏ hơ n và không bị k ếttủa khi thayđổi pH của dung dịch.

Khi tác dụng của NaOH vớ i lignin sẽ xảy ra hàng loạt sự chuyển hoá:+ Tạo ra phenonat do sự tác dụng của kiềm vớ i nhóm hydroxyl tự do chứa

phenol.+ Phản ứng phân huỷ liên k ết ete để tạo ra những nhóm hydroxyl mớ i chức

phenol và làm giảm khối lượ ng phân tử của lignin.+ Phảnứng phân huỷ liên k ết cacbon-cacbon+ Phảnứng phân hoá ligninđể tạo ra những hợ p chất có phân tử lượ ng nhỏ + Phản ứng đa tụ ligninđể tạo ra liên k ết C-C mớ i và làm cho phân tử lignin

lớ n lên.

* Tác d ụng của kiề m vớ i hêmixenluylô và xenluylôDướ i tác dụng của kiềm cùng vớ i các phản ứng chuyển lignin vào dung dịch

thì polysaccarit của gỗ và tr ướ c hết là hêmixenluylô dễ thuỷ phân cũng bị phân hoá bằng thuỷ phân và oxy hoá. Sản phẩm của quá trình phân hoá này là những axit hữucơ và chủ yếu là oxyaxit. Oxyaxit có thể tồn tại trong kiềm dướ i dạng dị vòng-dạnglacton.

Dướ i tác dụng của dung dịch nấu, hêmixenluylô sẽ bị phân huỷ. Quá trình phân huỷ hêmixenluylô xảy ra theo bốn loại phảnứng hoá học:





26

+ Tách nhóm axetyl ra khỏi polysaccarit (polysaccaritđã một phần bị axetylhoá).

+ Epime hoá (đồng phân hoá) mắt xích mono có nhóm khử trong phân tử hêmixenluylô (mắt xích cuối cùng của phân tử).

+ Thuỷ phân liên k ết glucozit bằng kiềm+ Đứt liên k ết hoá học giữa hêmixenluylô và những cấu tử khác của gỗ.

1.2.2.2.2 Xenluylô, lignin, pentozan trong quá trình s ản xuấ t bột hoá nhi ệt cơ (CTMP), ki ề m nóng, ki ề m l ạnh.

Những hiện tượ ng vật lý và hoá học xảy ra trong qúa trình xử lý dăm mảnh vớ ixút trong kiềm nóng:

+ Quá trình thẩm thấu xút vào gỗ + Quá trình trích ly các chất hữu cơ từ gỗ + Quá trình tr ươ ng nở vật lý của mảnh gỗ

Phươ ng pháp nấu kiềm (phươ ng pháp hoá học), tác nhân tác dụng lên cácthành phần của gỗ là kiềm hoạt tính để tạo thành các sản phẩm trung gian. Các sản phẩm này sẽ tách ra khỏi xenluylô trong quá trình nấu và tẩy r ửa.

Kiềm tác dụng vớ i lignin tạo thành lignin kiềm có màu từ màu vàng sangđếnmàu nâu tối.

Kiềm tác dụng lên hêmixenluylô tạo thành các sản phẩm là axit hữu cơ , chủ yếu là các oxít axit do quá trình oxy hoá các sản phẩm hydratcacbon trong polymecủa chúng.

Kiềm tác dụng lên các hydratcacbon khác, chủ yếu là tác dụng lên các nhómandehyt k ết quả tạo thành các axit hoặc các oxít axit.

Trong phươ ng pháp sản xuất bột cơ học, kiềm lạnh hay kiềm nóng, kiềm tácdụng lên các thành phần của nguyên liệu ôn hoà hơ n so vớ i phươ ng pháp nấu kiềm(nồng độ kiềm thấ p, nhiệt độ và áp suất phản ứng thấ p hơ n). Dođó tác dụng chủ yếu

của kiềm là làm tr ươ ng nở nguyên liệu, làm yếu các liên k ết giữa các cấu tử trongnguyên liệu, phản ứng và hoà tan một phần khôngđáng k ể các hợ p chất phi xenluylônhư lignin, hêmixenluylô, chủ yếu hòa tan các chất trích ly.





27

Hình 1.9 S ơ đồ minh h ọa sự phân tách các vùng c ủa t ế bào g ỗ trong quá trình

sản xu ấ t các lo ại bột cơ học khác nhau. Bột cơ học (RMP) không có quá trình xông hơ i hay thẩm thấu hóa chất tr ướ c

khi nghiền, áp lực nghiền từ 3 ÷ 5 bar và nhiệt sinh ra trong quá trình nghiền có thể đạt đến nhiệt độ 140 0C để tách xơ sợ i. Chất lượ ng bột r ất thấ p và tiêu tốn r ất lớ nnăng lượ ng, vì bản chất của quá trình là dùng năng lượ ng nghiền để tách xơ sợ i nên phá vỡ một phần hoặc cắt ngắn tế bào xơ sợ i.

Trong quá trình sản xuất bột theo phươ ng pháp nhiệt cơ (TMP) dăm mảnhtr ướ c khi nghiền đượ c xông hơ i ở nhiệt độ từ 100 ÷ 1300C, nhằm làm mềm lignin(chủ yếu ligninở lớ p liên k ết giữa các tế bào), làm giảm liên k ết giữa các tế bào. Nên

chất lượ ng bột tốt hơ n so vớ i bột RMP vì hạn chế quá trình phá vỡ hoặc cắt ngắn tế bào xơ sợ i.

Bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng BCTMP hoặc APMP là quá trình k ết hợ p giữa thẩmthấu hóa chất và năng lượ ng nghiền để tách xơ sợ i. Thông thườ ng, trong quá trình sảnxuất bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng hóa chất thẩm thấu là Na2SO3 đối vớ i gỗ lá kim và Na2SO3, NaOHđối vớ i gỗ lá r ộng. Lignin phản ứng vớ i Na2SO3 hoặc H2O2 trong môitr ườ ng kiềm nên có khả năng tr ươ ng nở trong quá trình xử lý, vì hình thành các nhómưa nướ c như nhóm sulfonate hoặc nhóm carboxylic. Ngoài ra, trong quá trình xử lý bằng hóa chất thì carbohydrát có thể thay đổi bằng các phản ứng khử axêtyl hóa, phản ứng thủy phân, hòa tan một phần. Nên liên k ết giữa các tế bào trong dăm mảnhgỗ yếu đi. Do vậy khi nghiền sẽ dễ dàng hơ n, tiêu tốn năng lượ ng nghiền ít hơ n, chấtlượ ng bột thu nhận đượ c cao hơ n so vớ i RMP, TMP.





28

Nồng độ kiềm ngâm là một trong các yếu tố quan tr ọngảnh hưở ng tớ i các quátrình vật lý, hoá học của dăm mảnh gỗ. Trong các phản ứng thuận, khi nồng độ cácchất phảnứng tăng thì tốc độ phảnứng tăng, tốc độ thẩm thấu dung dịch và khuyếchtán chất tan tăng.. Khi nồng độ kiềm tăng thì lượ ng tiêu hao kiềm tăng, lượ ng chất

hữu cơ hoà tan trong gỗ tăng (hình 1.10) [9].

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 4 8 12 16 20 24 28 32 36

Nồng độ xút trong d ịch ngâm, (%NaOH)

L ư ợ n g c h ấ

t h ữ u c ơ

t r í c h l y ( % ) s o

v ớ i l ư ợ n g m

ả n

h g ỗ

b a n

đ ầ

u

Bồ đềThông nh ựa

Thông ít nh ựa

Hình 1.10 Ả nh h ưở ng c ủa n ồng độ xút trong d ị ch ngâm đế n

l ượ ng ch ấ t hữ u cơ trích ly

Hình 1.10 cho thấy lượ ng các chất hữu cơ hòa tan tăng dần khi tăng nồng độ xút trong dịch ngâm từ 1 ÷ 20 % (NaOH). Vớ i khoảng nồng độ xút trong dịch ngâmcao hơ n 20 % (NaOH), lượ ng các chất hữu cơ hầu như không thayđổi so vớ i lượ ngnguyên liệu khô tuyệt đối banđầu. Lượ ng các chất hữu cơ hòa tan của gỗ bồ đề lớ nhơ n so vớ i hai loại nguyên liệu còn lại. Điều này có thể đượ c giải thích bằng sự sosánh thành phần hóa học của gỗ bồ đề vớ i thành phần hóa học của gỗ thông. Hàmlượ ng các chất nhựa, chất béo và các chất tan trong nướ c nóng của gỗ bồ đề cao hơ nhai loại gỗ thông, trong khi tỷ tr ọng lại thấ p hơ n, ngh ĩ a là gỗ bồ đề xố p hơ n, tạo điềukiện dễ dàng hơ n cho quá trình trích ly các chất hòa tan.

K ết luận và định hướ ng nghiên cứ u:

K ết quả nghiên cứu phần tổng quan cho thấy:

+ Tính chất vật lý và thành phần hóa học của gỗ là r ất khác biệt không những phụ thuộc vào nhóm cây, loài cây mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ tuổicây, điều kiện lậ p địa.v.v. Mặt khác, trong cây tỷ tr ọng và thành phần hóa học cũngkhác nhau giữa các bộ phận như vỏ, thân, gỗ sớ m, gỗ muộn.v.v..





29

+ Khác vớ i phươ ng pháp sản xuất bột giấy hóa học trongđó gần như toàn bộ lignin bị phân huỷ dướ i tácđộng của hoá chất nấu ở nhiệt độ và áp suất cao cho phépthu nhận đượ c các xơ sợ i riêng biệt dướ i dạng bột giấy, trong quá trình sản xuất bộthoá nhiệt cơ , mục tiêu của giai đoạn xử lý bằng hoá chất tr ướ c khi nghiền vớ i các

điều kiện tươ ng đối ôn hoà là làm mềm mảnh nhằm tạo thuận lợ i hơ n cho quá trìnhnghiền mảnh thành xơ sợ i và giảm mức tiêu hao năng lượ ng nghiền.

+ Thông thườ ng các loại hoá chất đượ c sử dụng để xử lý mảnh tr ướ c khinghiền là Na2SO3, NaOH hoặc hỗn hợ p của hai loại hoá chất này. Na2SO3 đặc biệt cóhiệu quả đối vớ i các loại nguyên liệu gỗ lá kim, trong khi NaOH lại phù hợ p hơ n đốivớ i các loại gỗ lá r ộng. Sự khác biệt này đượ c cho là do cấu tạo hoá học của lignincủa các loại nguyên liệu này. Ngoài chủng loại và mức dùng hoá chất thì nhiệt độ vàthờ i gian xử lý cũng là các yếu tố công nghệ có vai trò r ất quan tr ọng cóảnh hưở ngđến chất lượ ng bột cũng như hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất bột hoá nhiệt cơ tẩy tr ắng.

+ Gỗ keo tai tượ ng và keo lai nhìn chung có tính chất vật lý và thành phần hoáhọc khác biệt so vớ i gỗ thông là loại nguyên liệu đã đượ c sử dụng r ộng rãi trong quátrình sản xuất bột hoá nhiệt cơ tẩy tr ắng. Sự khác biệt này cho phép dự báo r ằng quytrình công nghệ xử lý hoá chất tr ướ c khi nghiền cũng sẽ r ất khác nhau giữa các loạinguyên liệu này.

+ Từ k ết quả nghiên cứu tài liệu, giaiđoạn xử lý mảnh một số loại gỗ keo vớ idung dịch xút (NaOH) cùng vớ i các yếu tố công nghệ như mức dùng hoá chất, nhiệtđộ và thờ i gian xử lý đã đượ c nhómđề tài lựa chọn nhằm mục đích nghiên cứu xáclậ p quy trình công nghệ xử lý thích hợ p cho phép sản xuất đượ c các loại bột có chấtlượ ng tốt và chi phí sản xuất thấ p.





30

PHẦN IINGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠ NG PHÁP NGHIÊN CỨ U

2.1 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứ u2.1.1 Nguyên li ệu Nguyên liệu đượ c dùngđể nghiên cứu là gỗ keo tai tượ ng, keo lai (6 tuổi)

đượ c lấy từ Lâm tr ườ ng Tam Thanh – Phú Thọ.

Mẫu gỗ đượ c lấy theo phươ ng pháp cây tiêu chuẩn. Mỗi cỡ tuổi ở một địađiểm lấy 3 mẫu cây, mỗi cây lấy 3 mẫu ở 3 vị trí khác nhau: Gốc, giữa và ngọn cây(đầu ngọn lấy đến 5cm), mỗi mẫu dài 1,3m.

Mẫu sau khi lấy đượ c vận chuyển tớ i phòng thí nghiệm, đượ c cưa r ồi chẻ thành những mảnh nhỏ có kích thướ c: 25 x 25 x (2-3) mm. Sauđó, mảnh đượ c phơ ikhô, loại bỏ cát sạn và mảnh không hợ p cách còn sót lại. Mảnh sauđó đượ c cho vàotúi nilon bảo quản, giữ đồng ẩm và xácđịnh độ khô tr ướ c khi tiến hành thí nghiệm.Thành phần hoá học của gỗ keo tai tượ ng, keo lai và bạch đàn đượ c đưa ra trong bảng2.1.

Bảng 2.1 Thành phần hoá học của gỗ keo tai tượ ng, keo laiHàm lượ ng, (%)

TT Các chỉ số Keo tai tượ ng Keo lai1 Xenluylô 50,84 49,872 Lignin 25,19 24,603 Pentozan 23,72 20,754 Tro 0,15 0,435 Các chất tan trong

Nướ c nóng 4,92 2,43 Nướ c lạnh 3,55 1,47Axeton 3,31 2,77 NaOH 1% 13,0 10,1

2.1.2 Hoá ch ấ tHoá chất sử dụng chính trong nghiên cứu là hoá chất công nghiệ p: NaOH,

Na2CO3, Na2SO3 độ thuần 95-98%. Các hoá chất phân tích khác dạng tinh khiết.





31

2.1.3 Thi ế t b ị - Nồi nấu bột thí nghiệm thể tích 4,5 lít gia nhiệt tr ực tiế p bằng điện- Máy nghiền bột cơ học doẤn Độ sản xuất (công suất động cơ 37 kw, vòng

quayđộng cơ 1450 vòng/phút,∅ đĩ a nghiền 350 mm).

- Máy nghiền bột kiểu Hà Lan dung tích 4,5 lít (công suất động cơ 5,5 kw,vòng quayđộng cơ 960 vòng/phút,∅ lô dao bay 190 mm).

- Máy xeo Rapid-Kothen, hãng PTI của Áo sản xuất- Máyđo độ nghiền, hãng PTI của Áo sản xuất- Máyđo độ chịu xé Elmendorf do hãng Frank Prufgerate sản xuất- Máyđo độ chịu bục do hãng Metrotex sản xuất- Máyđo độ bền kéo vàđộ bền nén vòng Housfield do hãng Siber Hegner sản

xuất.- Cânđiện tử Metlerđộ chính xác ±0.0001g của Thụy S ĩ

2.2 Phươ ng pháp nghiên cứ u2.2.1 Mô t ả phươ ng pháp nghiên c ứ u* X ử lý d ăm mảnh vớ i dung d ịch Natri hydroxyt:

Quá trình xử lý đượ c tiến hành trong nồi nấu thí nghiệm 4,5 lít, gia nhiệt tr ựctiế p bằng điện, mỗi mẻ nấu sử dụng 600 g dăm mảnh khô tuyệt đối. K ết thúc quátrình xử lý, dịch đen đượ c tách rađể xác định tàn kiềm, dăm mảnh đượ c r ửa sơ bộ.

Sau đó, một phần dăm mảnh đượ c chẻ nhỏ r ửa sạch xútđể phân tích thành phần hóahọc và phần dăm mảnh còn lại đượ c đem đi nghiền, xeođể xác định tính chất cơ lýcủa bột giấy.

* Nghiề n bột giấ y:Quá trình nghiền bột giấy đượ c chia làm 2 giaiđoạn:- Giai đ oạn thứ nhấ t: Mảnh đượ c nghiền sơ bộ trên máy nghiền bột cơ học

dạng đĩ a doẤn Độ chế tạo. Mảnh đượ c nạ p từ từ vào phễu nạ p liệu qua vít tải mảnhtớ i đĩ a nghiền. Dướ i tác dụng của áp lực nghiền tăng dần, dăm mảnh đậ p nát và táchra thành xơ sợ i. Bột sau nghiền đượ c r ửa và xả qua lướ i mắt ≠40. Phần bột qua lướ i(hợ p cách)đem đi nghiền tiế p ở máy nghiền Hà Lan 4,5lítđạt độ nghiền yêu cầu, phần không hợ p cáchđemđi nghiền lại ở máy nghiền bột cơ họcẤn Độ.





32

- Giai đ oạn thứ hai: Bột giấy hợ p cách sau giaiđoạn nghiền thứ nhất đượ cnghiền tiế p bằng máy nghiền Hà Lan 4,5 lít vớ i nồng độ nghiền 2% để đạt đến độ nghiền yêu cầu.

* Xeo mẫ u giấ y thí nghi ệm: Bột giấy sau nghiền đượ c xeo thành mẫu giấy thí nghiệm vớ i định lượ ng 70

g/m2 trên máy xeo Rapid-Kothenđể xácđịnh tính chất cơ lý của bột giấy .

2.2.2 Chu ẩ n b ị mẫ u phân tích thành ph ần hóa h ọc

Phần dăm mảnh sau xử lý kiềm nóngđượ c r ửa sạch, xay thành bột mịn trongmáy xay gỗ thí nghiệm dùngđể phân tích thành phần hoá học. Mẫu bột gỗ hợ p cáchlà loại đượ c lấy trên sàng vớ i mắt sàng 0,3mm và dướ i mắt sàng 0,4mm vàđượ c táchloại các tạ p chất kim loại bằng nam châm.

2.2.3 Phân tích thành ph ần hoá h ọc nguyên li ệu và b ột gi ấ y.

a. T ỷ tr ọng của d ăm mảnh đượ c xác định theo tiêu chu ẩ n Scan-CM 43:95

b. T ỷ tr ọng của g ỗ đượ c xác định theo tiêu chu ẩ n TAPPI-T258 os-76

c. Độ tr ắ ng của d ăm mảnh đượ c xác định theo tiêu chu ẩ n TCVN 2856-2000

d. Thành ph ần hoá h ọc của nguyên li ệu đượ c xác định theo tiêu chu ẩ n sau:

Xenluylô : Kiurscher-HofferLignin : TAPPI-13Pentozan : TAPPI-19, Bromít-bromát

Các chất tan trong+ Axeton : TAPPI T-280+ NaOH 1% : TAPPI T-212+ Nướ c nóng : TAPPI T-207+ Nướ c lạnh : TAPPI T-207

e. Phân tích tính ch ấ t cơ lý của bột giấ y đượ c xác định t ại phòng thí nghi ệm hoá lýcủa Viện Công nghi ệ p Giấ y và Xenluylô theo các tiêu chu ẩ n sau:Xácđịnh định lượ ng : TCVN 1270 : 2000Xácđịnh độ bền kéo : TCVN 1862 : 2000Xácđịnh độ bền xé : TCVN 3229 : 2000Xácđịnh độ chịu bục : TCVN 3228 : 2000

Bột giấy đượ c nghiền đến độ nghiền 30 0SR trên máy nghiền thí nghiệm kiểuHà Lan. Bột giấy sau khiđạt độ nghiền đượ c xeo thành tờ giấy mẫu vớ i định lượ ng70 g/m2 trên máy xeo rappid thí nghiệm. Tờ giấy mẫu xeo thí nghiệm đượ c bảo quản





33

trongđiều kiện tiêu chuẩn và sauđó xácđịnh các tính chất cơ lý theo tiêu chuẩn tại phòng thí nghiệm của Viện Công nghiệ p Giấy và Xenluylô.

2.2.4 Ph ươ ng pháp xác đị nh gi ớ i hạn bền khi kéo tr ượ t d ọc thớ (cườ ng độ tr ượ td ọc thớ ).

+ Nguyên t ắc:

Xácđịnh bền khi tr ượ t dọc thớ bằng tác dụng một lực ép tăng dần đều lên mẫuthử.

+ Ph ươ ng pháp:

Chiều dầy của mẫu 2,5 mm, chiều dài của mặt tr ượ t 2cm.Đo chiều dầy củamẫu và chiều dài của mặt tr ượ t dự tính chính xácđến 0,1 mm.Đảm bảo các bề mặtcủa mẫu tiế p xúc vớ i các mặt thích hợ p của dụng cụ. Tốc độ tác dụng lực lên mẫu phải đảm bảo mẫu bị phá hủy trong thờ i gian 1,5đến 2 phút tính từ thờ i điểm tácdụng lực. Số liệu lực phá hủy vớ i độ chính xácđến 1%. Sau khi thí nghiệm k ết thúc,tiến hành xácđịnh độ ẩm theo quiđịnh tại ISO 3130.

+ Tính toán:

Giớ i hạn bền khi tr ượ t dọc thớ theo chiều xuyên tâm hoặc tiế p tuyến (τw)chotừng mẫu thử ở độ ẩm (W) tại thờ i điểm thí nghiệm đượ c tính bằng MPa theo côngthức sau:

τw = Pmax/bl

Trongđó:

Pmax: lực phá hủy, tính bằng N;

b: chiều dầy của mẫu, tính bằng mm

l: chiều dài của mặt tr ượ t, tính bằng mm





34

PHẦN III K ẾT QUẢ NGHIÊN CỨ U VÀ THẢO LUẬN

Từ k ết quả nghiên cứu tài liệu, giaiđoạn xử lý mảnh một số loại gỗ keo vớ idung dịch xút (NaOH) cùng vớ i các yếu tố công nghệ như mức dùng hoá chất, nhiệtđộ và thờ i gian xử lý đã đượ c nhómđề tài lựa chọn nhằm mục đích nghiên cứu xáclậ p chế độ công nghệ xử lý thích hợ p cho phép sản xuất đượ c các loại bột có chấtlượ ng tốt và chi phí sản xuất thấ p. 3.1 Nghiên cứ u sự thay đổi tính chất vật lý và thành phần hóa học của gỗ keo(keo tai tượ ng, keo lai) trong quá trình xử lý kiềm nóng.3.1.1 Ả nh h ưở ng c ủa n ồng độ ki ềm đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo (keo tai t ượ ng, keo lai) trong quá trình x ử lý ki ềm nóng.

Theo các k ết quả đã nghiên cứu tài liệu[11,12] từ nguyên liệu gỗ cứng đối vớ i bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng, bột bán hóa, bột hoá học tẩy tr ắng thông thườ ng tỷ dịch1/4. Nồng độ kiềm giaiđoạn thẩm thấu bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng BCTMP là 12,5 g/l,nồng độ kiềm bột bán hóa là 15 g/l[11,12], nên nhómđề tài lựa chọn khoảng nồng độ kiềm nghiên cứu từ 5÷30 g/l.Điều kiện công nghệ áp dụng nghiên cứu ảnh hưở ngcủa nồng độ kiềm đến sự thayđổi tính chất vật lý và thành phần hóa học của gỗ trongquá trình xử lý kiềm nóng từ gỗ keo tai tượ ng, keo laiđượ c lựa chọn như sau:

+ Thờ i gian xử lý : 90 phút+ Tỷ lệ dịch : 1/4+ Nhiệt độ : 950C+ Nồng độ kiềm : 5, 10, 15, 20, 25, 30 g/l

3.1.1.1 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo tai t ượ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

Mảnh tiêu chuẩn từ gỗ keo tai tượ ng đượ c xử lý kiềm nóng vớ i nồng độ kiềmthay đổi từ 5 đến 30 g/l. K ết qủa trong quá trình xử lý kiềm nóngđượ c đưa ra trong bảng 3.1





35

Bảng 3.1Ảnh hưở ng của nồng độ kiềm đến tính chất vật lý và thành phầnhoá học, tính chất cơ lý của bột giấy từ gỗ keo tai tượ ng.

Nồng độ kiềm, (g/l) KTT 5 10 15 20 25 30Mức dùng kiềm, (%) 2,25 4,50 6,75 9,00 11,25 13,50

Tính chất vật lýTỷ tr ọng mảnh, (kg/m3) 440,86 437,73 421,68 393,17 390,57 386,45 385,0Độ tr ắng, (% ISO) 40,12 37,91 35,52 33,45 30,81 29,23 27,5Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ ,

(N/mm2)4,53 3,30 2,53 2,20 1,67 1,40 1,27

Thành phần hoá họcCác chất trích ly tantrong axeton, (%)

3,31 1,68 1,02 0,74 0,58 0,51 0,37

Xenluylô, (%) 50,84 50,17 49,85 49,56 49,31 49,23 49,1Lignin, (%) 25,19 23,36 22,87 22,77 22,65 22,60 22,45Pentozan, (%) 23,72 21,89 20,29 19,45 18,88 18,69 18,4

Hiệu suất bột giấy, (%) - 92,31 90,48 90,21 89,92 89,64 89,08Tàn kiềm, (g/l) - 0,7 1,0 3,8 7,0 12,5 17,0

Tính chất cơ lý của bột giấyChiều dàiđứt, (m) - 3870 4210 4496 4580 4620 4640

C.số độ chịu bục,(kPa.m2/g) - 1,76 1,94 2,06 2,09 2,16 2,23

C.số độ bền xé,(mN/.m2/g)

- 3,79 4,87 5,10 5,16 5,24 5,29

KTT: Nguyên li ệu g ỗ keo tai t ượ ng ban đầu, phần tr ăm thành ph ần hóa h ọc sovớ i nguyên li ệu ban đầu, bột giấ y đượ c nghi ề n t ớ i độ nghiề n 30 0SR, t ờ giấ y mẫ uđượ c xeo trên máy xeo rappid thí nghi ệm định l ượ ng 70 g/m 2.

- Tính ch ấ t vật lý:K ết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ kiềm cóảnh hưở ng quan tr ọng đến tính

chất vật lý trong quá trình xử lý kiềm nóng. Xu hướ ng biến đổi chung của k ết quả xử lý kiềm nóng là tỷ tr ọng giảm khi tăng nồng độ kiềm từ 5 đến 30 g/l. Khi nồng độ kiềm cao thì các chất hữu cơ bị hòa tan nhiều hơ n như các chất trích ly, dăm mảnhtr ươ ng nở nhiều hơ n theo chiều dọc và chiều ngang nên tỷ tr ọng của dăm mảnh giảm. Nâng nồng độ kiềm lên 30 g/l tỷ tr ọng giảm 12,66% so vớ i nồng nguyên liệu ban





36

đầu, giảm 12,03% so vớ i nồng độ kiềm 5 g/l. Tỷ tr ọng giảm r ất nhanh khi tăng nồngđộ kiềm từ 5 lên 15 g/l và tỷ tr ọng giảm dần khi tăng nồng độ kiềm từ 15 lên 30 g/l.

350

360

370

380

390

400

410

420

430

440

450

5 10 15 20 25 30

Nồng độ k i ềm, (g/l)

T ỷ t r ọ n g , ( k g / m 3 )

Hình 3.1 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n t ỷ tr ọng trong quá trình x ử lý kiề m nóng

t ừ g ỗ keo tai t ượ ng

K ết quả bảng 3.1 cho thấy độ tr ắng giảm khá rõ r ệt khi tăng nồng độ kiềmtrong quá trình xử lý kiềm nóng.Đối vớ i bột cơ học tẩy tr ắng, độ tr ắng banđầu củanguyên liệu cũng như độ tr ắng của dăm mảnh sau thẩm thấu hóa chất cóảnh hưở ngr ất lớ n đến độ tr ắng của bột sau tẩy tr ắng. Độ tr ắng của dăm mảnh sau thẩm thấu hóachất đối vớ i bột cơ học tẩy tr ắng thấ p sẽ r ất khó khăn tăng độ tr ắng của bột ở giaiđoạn tẩy tr ắng. Khi tăng nồng độ kiềm đến 30 g/lđộ tr ắng giảm 31,28 % so vớ inguyên liệu banđầu chưa xử lý và giảm 27,28% so vớ i nồng độ kiềm 5 g/l. Hình 3.2cho thấy khi nâng nồng độ kiềm từ 5 lên 20 g/lđộ tr ắng giảm nhanh hơ n so vớ i khinâng nồng độ kiềm từ 20 g/l lên 30 g/l.

20

25

30

35

40

45

5 10 15 20 25 30

Nồng độ ki ềm, (g/l)

Đ ỗ t r ắ n g , ( % )

Hình 3.2 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n độ tr ắ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng

t ừ g ỗ keo tai t ượ ng





37

Bảng 3.1 cho thấy cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm khá nhanh (49,39%) khi tăngnồng độ kiềm từ 5 lên 20 g/l, giảm dần khi tăng nồng độ kiềm từ 20 lên 30 g/l. Vớ inồng độ kiềm 30 g/l cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm 3,57 lần so vớ i nguyên liệu banđầu, có thể thấy nồng độ kiềm xử lý ảnh hưở ng tươ ng đối rõ nétđối vớ i cườ ng độ

tr ượ t dọc thớ . Trong sản xuất bột hóa học thì dùng hóa chất và điều kiện nấu để táchxơ sợ i là chủ yếu. Bột cơ học chủ yếu dùng lực cơ học tách xơ sợ i, dùng hóa chất chỉ tách loại một phần các thành phần hóa học mà chủ yếu là các chất nhựa, làm mềmmảnh và yếu đi các liên k ết xơ sợ i. Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ phản ánh gián tiế p nănglượ ng nghiền vì quá trình nghiền bột giấy là tách xơ sợ i, phân tơ chổi hóa, cắt ngắnxơ sợ i.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

5 10 15 20 25 30

Nồng độ k iềm, (g/l)

C ư

ờ n g

đ ộ t r ư ợ t d ọ c

t h ớ , (

N / m m

2

Hình 3.3 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n cườ ng độ tr ượ t d ọc thớ trong quá

trình x ử lý kiề m nóng t ừ g ỗ keo tai t ượ ng.- Thành ph ần hóa h ọc:

Bảng k ết quả 3.1 khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 30 g/l cho thấy xenluylô,lignin giảm khôngđáng k ể như xenluylô giảm 2%, lignin giảm 3,90%, pentozan giảm15,66%. Các chất trích ly giảm nhiều nhất (giảm 77,98%) khi tăng nồng độ kiềm từ 5lên 30 g/l.Điều này có thể đượ c giải thích trong quá trình xử lý kiềm nóng, nhiệt độ thấ p các phản ứng hóa học của xenluylô, lignin vớ i xút hầu như không xảy ra, hầunhư chỉ có phản ứng của xút vớ i các chất trích ly, một phần pentozan phản ứng vớ ixút. Nên hiệu suất của bột r ất cao từ 92,31%đến 89,08% vớ i nồng độ kiềm từ 5 đến30 g/l.





38

05

10152025303540455055

5 10 15 20 25 30


T h à n h p h

ầ n

h ó a h ọ c ,

( % )

Xenluylô

Lignin

Pentozan

Các ch ất trích ly

Hình 3.4 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n thành ph ần hóa h ọc trong quá trình x ử lý

kiề m nóng t ừ g ỗ keo tai t ượ ng.

- Tính ch ấ t cơ lý của bột giấ y:

Tính chất cơ lý của bột giấy tăng nhanh khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 15 g/lnhư chiều dàiđứt tăng 17,83%, chỉ số độ bền xé tăng 34,56%. Khi tăng nồng độ kiềmtừ 15 lên 30 g/l tính chất cơ lý của bột giấy tăng dần.

3600

3750

39004050

4200

4350

4500

4650

4800

5 10 15 20 25 30


C h i ề u

d à i đ ứ t , ( m )

Hình 3.5 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n chiề u dài đứ t trong quá trình x ử lý


3.1.1.2 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo lai trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

K ết quả nghiên cứu ảnh hưở ng của nồng độ kiềm đến tính chất vật lý, thành phần hoá học từ nguyên liệu gỗ keo laiđượ c đưa ra trong bảng 3.2





39

Bảng 3.2Ảnh hưở ng của nồng độ kiềm đến tính chất vật lý và thành phầnhoá học, tính chất cơ lý của bột giấy từ nguyên liệu gỗ keo lai.

Nồng độ kiềm, (g/l) KL 5 10 15 20 25 30Mức dùng kiềm, (%) 2,25 4,50 6,75 9,00 11,25 13,50

Tính chất vật lýTỷ tr ọng mảnh, (kg/m3) 438.30 436.15 420.32 390.89 387.35 385.21 381.80Độ tr ắng, (% ISO) 44.31 41.87 39.36 36.95 34.12 32.20 30.4Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ

(N/mm2)4,47 3,25 2,47 2,16 1,65 1,38 1,26


2,77 1.40 0.84 0.62 0.51 0.40 0.32

Xenluylô, (%) 49,87 49.23 48.91 48.61 48.35 48.27 48.2Lignin, (%) 24,60 22.80 22.34 22.24 22.14 22.05 21.94Pentozan, (%) 20,75 19.16 17.72 17.01 16.54 16.32 16.1

Hiệu suất bột giấy, (%) - 92.05 90.19 89,91 89,64 89,30 88,75Tàn kiềm, (g/l) - 0,6 1,1 3,6 6,8 12,8 16,7

Tính chất cơ lý của bột giấyChiều dàiđứt, (m) - 3868 4206 4490 4578 4614 4639

C.số độ chịu bục,(kPa.m2/g) - 1,73 1,92 2,04 2,09 2,16 2,21


- 3,74 4,85 5,13 5,17 5,24 5,32

KL: Nguyên li ệu g ỗ keo lai ban đầu, phần tr ăm thành ph ần hóa h ọc so vớ inguyên li ệu ban đầu, bột giấ y đượ c nghiề n t ớ i độ nghiề n 30 0SR, t ờ giấ y mẫ u đượ c

xeo trên máy xeo rappid thí nghi ệm định l ượ ng 70 g/m 2.

- Tính ch ấ t vật lý:

K ết quả bảng 3.2 cho thấy khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 30 g/l tỷ tr ọng giảm12,46%, tỷ tr ọng giảm nhanh khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 15 g/l. Quy luật nàytươ ng tự như ảnh hưở ng của nồng độ kiềm đối vớ i keo tai tượ ng, khi tăng nồng độ kiềm tỷ tr ọng của dăm mảnh giảm.





40

370

380

390

400

410

420

430

440

5 10 15 20 25 30


T ỷ t r ọ n g ,

( k g / m 3 )

Hình 3.6 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n t ỷ tr ọng trong quá trình x ử lý kiề m nóng

t ừ g ỗ keo lai.

K ết quả trong bảng 3.2 cho thấy độ tr ắng ảnh hưở ng khá rõ r ệt vào nồng độ kiềm trong quá trình xử lý kiềm nóng. K ết quả cho thấy xu hướ ng chung của độ tr ắnglà giảm khi tăng nồng độ kiềm như khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 30 g/lđộ tr ắnggiảm 27,23%. Trong quá trình sản xuất bột hóa học độ tr ắng của bột sau tẩy phụ thuộc chủ yếu vào tr ị số kappa sau nấu (hàm lượ ng lignin còn lại trong bột). Nhưng bột cơ học tẩy tr ắng thì hàm lượ ng lignin sau thẩm thấu giảm khôngđáng k ể, quátrình tẩy tr ắng bột cơ học chủ yếu tẩy tr ắng các nhóm mang màu của lignin, chứ không loại bỏ lignin như đối vớ i tẩy tr ắng bột hóa học. Nênđộ tr ắng của dăm mảnhsau xử lýảnh hưở ng r ất quan tr ọng đến độ tr ắng của bột cơ học sau tẩy tr ắng.

20

25

30

35

40

45

5 10 15 20 25 30

Nồng độ kiềm, (g/l)

Đ ộ t r ắ n g ,

( % I S O )

Hình 3.7 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n độ tr ắ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng


Khi tăng mức dùng kiềm từ 5 đến 30 g/l cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm khánhiều cũng tươ ng tự như ảnh hưở ng của nồng độ kiềm đối vớ i gỗ keo tai tượ ng trongquá trình xử lý kiềm nóng. Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm 61,23% khi tăng nồng độ





41

kiềm từ 5 đến 30 g/l, cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm r ất nhanh khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 10 g/l.

0

0.5

1

1.5

22.5

3

3.5

5 10 15 20 25 30

Nồng độ k i ềm, (g/l)

C ư ờ n g


t h ớ

, ( N / m m

2

Hình 3.8 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n cườ ng độ tr ượ t d ọc thớ trong quá trình x ử

lý kiề m nóng t ừ g ỗ keo lai.

- Thành ph ần hóa h ọc:

K ết quả trong bảng này cho thấy khi tăng nồng độ kiềm thì thành phần hóahọc giảm khôngđáng k ể, chủ yếu giảm các chất trích ly. K ết quả này hoàn toàn phùhợ p vì hiệu suất bột giấy thu nhận đượ c r ất cao khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 30 g/l,hiệu suất bột giảm chủ yếu do hàm lượ ng các chất trích ly bị hòa tan, mà hàm lượ ngcác chất trích ly khá ít trong nguyên liệu gỗ banđầu.

0

10

20

30

40

50

60

5 10 15 20 25 30


T h à n h p h ầ n

h ó a h ọ c ,

( % )

Xenluylô

Lignin

Pentozan


Hình 3.9 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n thành ph ần hóa h ọc trong quá trình x ử lýkiề m nóng t ừ nguyên li ệu g ỗ keo lai.


K ết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng nồng độ kiềm từ 5 lên 30 g/l tính chất cơ lý của bột giấy tăng như: chiều dàiđứt tăng 19,93%, chỉ số độ chịu bục tăng 27,75%,





42

chỉ số độ bền xé tăng 42,25%. Tính chất cơ lý của bột giấy tăng nhanh nhất khi tăngnồng độ kiềm từ 5 đến 15 g/l.

3600

3750

3900

4050

4200

4350

4500

4650

5 10 15 20 25 30


C h i ề u

d à i đ ứ t , ( m )

Hình 3.10 Ả nh hưở ng của nồng độ kiề m đế n chiề u dài đứ t trong quá trình x ử lý kiề m

nóng t ừ g ỗ keo lai.

3.1.2 Ả nh h ưở ng c ủa th ờ i gian x ử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo (keo tai t ượ ng, keo lai) trong quá trình x ử lý ki ềm nóng.

Thờ i gian xử lý là một trong những yếu tố ảnh hưở ng đến hiệu suất và tínhchất cơ lý của bột giấy. Thờ i gian xử lý đủ, đảm bảo cho hóa chất khuếch tán và thẩmthấu đều vào trong các mao mạch gỗ, trong môi tr ườ ng kiềm làm cho các mảnhnguyên liệu tr ươ ng nở tạo điều kiện cho các phản ứng hoá học của xút vớ i các chấtnhựa, một phần hêmixenluylô, một phần pentozan và lignin làm cho mảnh mềm dễ nghiền. Theo các k ết quả nghiên cứu, thờ i gian xử lý giaiđoạn thẩm thấu bột hóanhiệt cơ tẩy tr ắng CTMP [11] là 15 phút, thờ i gian xử lý bột bán hóa là 120 phút [12].

Trong nghiên cứu ảnh hưở ng của thờ i gian xử lý đến sự thayđổi tính chất vậtlý và thành phần hóa học đối vớ i gỗ keo tai tượ ng và keo lai, ngoài các yếu tố cố địnhđượ c nêuở trên, cácđiều kiện như nồng độ kiềm và thờ i gian xử lý đượ c lựa chọnnhư sau:

+ Nồng độ kiềm : 15 g/l

+ Thờ i gian xử lý : 15, 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút

3.1.2.1 Ả nh hưở ng của th ờ i gian x ử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo tai t ượ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

K ết quả nghiên cứu ảnh hưở ng thờ i gian xử lý trong quá trình xử lý kiềm nóngtừ gỗ keo tai tượ ng, keo laiđượ c đưa ra trong bảng 3.3





43

Bảng 3.3Ảnh hưở ng của thờ i gian xử lýđến tính chất vật lý và thành phầnhoá học, tính chất cơ lý của bột giấy từ gỗ keo tai tượ ng.

Thờ i gian xử lý, (phút) 15 30 60 90 120 150 180

Tính chất vật lý

Tỷ tr ọng mảnh, (kg/m3

) 400,75 397,45 395,19 393,17 391,86 389,92 389,0Độ tr ắng, (% ISO) 35,22 34,42 34,18 33,45 32,67 30,28 27,6Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ ,

(N/mm2)3,43 3,17 2,70 2,20 1,77 1,53 1,42


1,19 1,00 0,87 0,74 0,72 0,70 0,67

Xenluylô, (%) 50,26 50,09 49,97 49,56 49,48 49,35 49,2Lignin, (%) 23,98 23,64 23,28 22,77 22,69 22,49 22,41

Pentozan, (%) 20,68 20,34 20,00 19,45 19,30 19,18 19,0

Hiệu suất bột giấy, (%) 94,24 93,17 92,02 90,21 90,04 89,35 89,17Tàn kiềm, (g/l) 4,6 4,3 4,0 3,8 3,0 2,7 2,5

Tính chất cơ lý của bột giấyChiều dàiđứt, (m) 3824 4053 4290 4496 4580 4590 4610C.số độ chịu bục,(kPa.m2/g)

1,85 1,90 1,94 2,06 2,15 2,28 2,29


4,73 4,96 5,02 5,10 5,22 5,25 5,28

Phần tr ăm thành ph ần hóa h ọc so vớ i nguyên li ệu ban đầu, bột giấ y đượ cnghiề n t ớ i độ nghiề n 30 0SR, t ờ giấ y mẫ u đượ c xeo trên máy xeo rappid thí nghi ệmđịnh l ượ ng 70 g/m 2.


Phân tích k ết quả trong bảng 3.3 cho thấy r ằng, tươ ng tự như nồng độ kiềm,thờ i gian xử lý cóảnh hưở ng quan tr ọng đến tỷ tr ọng của dăm mảnh. Tỷ tr ọng của

dăm mảnh giảm dần khi tăng thờ i gian xử lý, thờ i gian xử lý tăng từ 15 lên 180 phúttỷ tr ọng của dăm mảnh giảm 2,92%. K ết quả trong bảng này cũng cho thấy khi tăngthờ i gian xử lý thì thành phần hóa học giảm, khi tăng thờ i gian xử lý dăm mảnh cóthể tr ươ ng nở về thể tích nhiều hơ n do vậy tỷ tr ọng của dăm mảnh giảm. So vớ i nồngđộ kiềmảnh hưở ng của thờ i gian xử lý lên tỷ tr ọng dăm mảnh thấ p hơ n r ất nhiều.





44

382384386388

390392394396398400402

15 30 60 90 120 150 180

Thờ i gian x ử lý, (phút)

T ỷ t r ọ n g ,

( k g / m 3 )

Hình 3.11 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n t ỷ tr ọng trong quá trình x ử lý


Độ tr ắng giảm rõ r ệt hơ n khi tăng thờ i gian xử lý từ 120 lên 180 phút (15,24%)so vớ i khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên 120 phút (5,08%).Điều này có thể đượ c giải

thích khi thờ i gian xử lý kéo dài một số hợ p chất hữu cơ (các chất nhựa, pentozan,lignin…) tan trong dịch k ết hợ p vớ i nhau sinh ra các nhóm mang màu làm chođộ tr ắng giảm, có thể các nhóm trong phân tử lignin biến đổi sinh ra các nhóm mangmàu.

20

23

26

29

32

35

38

15 30 60 90 120 150 180



( % I S O

)

Hình 3.12 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n độ tr ắ ng trong quá trình x ử lý


Phân tích số liệu trong bảng 3.3 cho thấy xu hướ ng cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm khi tăng thờ i gian xử lý. Khi thờ i gian xử lý tăng các phản ứng của xút vớ i cácchất nhựa, một phần (xenluylô, lignin, pentozan) nhiều hơ n, dăm mảnh tr ươ ng nở . Vìvậy, dăm mảnh mềm hơ n và lực liên k ết giữa các xơ sợ i giảm nên cườ ng độ tr ượ t dọcthớ giảm. Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm nhanh hơ n khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên120 phút (48,40%) so vớ i khi tăng thờ i gian xử lý từ 120 lên 180 phút (19,77%).





45

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

15 30 60 90 120 150 180

Th ờ i gian x ử lý, (phút)

C ư ờ n g


t h ớ , ( N

/ m m

2

Hình 3.13 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n cườ ng độ tr ượ t d ọc thớ trong quá trình

xử lý kiề m nóng t ừ g ỗ keo tai t ượ ng.


Trong quá trình xử lý kiềm nóng tươ ng tự như ảnh hưở ng của nồng độ kiềmthì khi tăng thờ i gian xử lý các thành phần hóa học hầu như không giảm hoặc giảmkhôngđáng k ể. Mà chủ yếu giảm các chất trích ly, khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên180 phút các chất trích ly giảm 43,70%, pentozan giảm 7,83%. Dođó, hiệu suất bộtgiấy thu nhận đượ c r ất cao từ 89,17%đến 94,24%. Khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên120 phút thành phần hóa học giảm nhanh hơ n (như các chất trích ly giảm 39,50 %) sovớ i khi tăng thờ i gian xử lý từ 120 lên 180 phút (như các chất trích ly giảm 6,94 %).

05

10152025303540455055

15 30 60 90 120 150 180


T h à n h p h ầ n

h ó a h ọ c ,

( % )

Xenluylô

Lignin

Pentozan


Hình 3.14 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n thành ph ần hóa h ọc trong qúa trình xử lý kiề m nóng t ừ g ỗ keo tai t ượ ng.





46


Qua k ết quả bảng 3.3 cho thấy nhìn chung tính chất cơ lý của bột giấy tăng khităng thờ i gian xử lý. Tuy nhiên, khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 phút lên 120 phút thìtính chất cơ lý của bột tăng nhanh hơ n (như chiều dài đứt tăng 19,77%) so vớ i khităng thờ i gian xử lý từ 120 lên 180 phút (như chiều dàiđứt tăng 0,66%). Quy luật nàyhoàn hoàn phù hợ p vì thành phần hóa học giảm nhanh khi tăng thờ i gian xử lý từ 15lên 120 phút so vớ i khi tăng thờ i gian từ 120 lên 180 phút.

3500

36503800

3950

4100

4250

4400

4550

4700

15 30 60 90 120 150 180

Th ời gian x ử lý, (phút)

C h i ề u

d à i đ ứ t , ( m )

Hình 3.15 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n chiề u dài đứ t trong quá trình x ử lý


3.1.2.2 Ả nh hưở ng của th ờ i gian x ử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo lai trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

K ết quả nghiên cứu ảnh hưở ng của thờ i gian xử lý đến tính chất vật lý, thành phần hoá học từ nguyên liệu gỗ keo laiđượ c đưa ra trong bảng 3.4





47

Bảng 3.4Ảnh hưở ng của thờ i gian xử lýđến tính chất vật lý và thành phầnhoá học, tính chất cơ lý của bột giấy từ gỗ keo lai.

Thờ i gian xử lý, (phút) 15 30 60 90 120 150 180

Tính chất vật lý

Tỷ tr ọng mảnh, (kg/m3) 398,23 394,79 392,56 390,89 389,59 387,56 386,4Độ tr ắng, (% ISO) 38,94 38,05 37,72 36,95 36,08 33,45 30,60Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ

(N/mm2)3,36 3,12 2,64 2,16 1,76 1,50 1,39


1,00 0,83 0,74 0,62 0,60 0,58 0,54

Xenluylô, (%) 49.28 49,15 49,04 48,61 48,54 48,42 48,3Lignin, (%) 23,40 23,09 22,75 22,24 22,16 21,9521,91Pentozan, (%) 18,09 17,79 17,50 17,01 16,88 16,78 16,6

Hiệu suất bột giấy, (%) 93,93 92,86 91,71 89,91 89,74 89,05 88,87Tàn kiềm, (g/l) 4,5 4,1 4,8 3,6 3,2 2,7 2,4

Tính chất cơ lý của bột giấyChiều dàiđứt, (m) 3821 4052 4285 4490 4576 4586 4600C.số độ chịu bục,

(kPa.m2

/g)

1,81 1,87 1,94 2,04 2,13 2,22 2,28


4,74 4,50 5,03 5,13 5,25 5,29 5,32



K ết quả nghiên cứu trong bảng 3.4 cho thấy khi tăng thờ i gian xử lý tỷ tr ọnggiảm dần, tỷ tr ọng giảm nhanh khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên 120 phút so vớ i khităng thờ i gian xử lý từ 120 lên 180 phút. K ết quả này tươ ng tự như đối vớ i ảnh hưở ngcủa thờ i gian xử lý đối vớ i nguyên liệu gỗ keo tai tượ ng. Khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên 180 phút tỷ tr ọng giảm 2,95%.





48

384

386

388

390

392

394

396

398

400

15 30 60 90 120 150 180


T ỷ t r ọ n g ,

( k g / m 3 )

Hình 3.16 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n t ỷ tr ọng trong quá trình x ử lý

kiề m nóng t ừ g ỗ keo lai.

Khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên 180 phútđộ tr ắng giảm 22,03%,độ tr ắng

giảm nhanh hơ n khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên 120 phút so vớ i khi tăng thờ i gianxử lý từ 120 phút lên 180 phút. Cùng vớ i tính chất cơ lý của bột giấy sau xử lý thìđộ tr ắng là một trong những yếu tố quan tr ọng đối vớ i bột cơ học tẩy tr ắng.Độ tr ắng banđầu của gỗ keo lai cao hơ n so vớ i gỗ keo tai tượ ng nên cùng vớ i thờ i gian xử lý là180 phút thìđộ tr ắng của keo lai là 30,36 % ISO, keo tai tượ ng là 27,69 % ISO.

27

29

31

33

35

37

39

41

15 30 60 90 120 150 180



( % I S O

)

Hình 3.17 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n độ tr ắ ng trong quá trình x ử lý


Từ k ết quả của bảng này cũng cho thấy ảnh hưở ng của thờ i gian xử lý đếncườ ng độ tr ượ t dọc thớ của gỗ keo lai tươ ng tự như đối vớ i cườ ng độ tr ượ t dọc thớ của gỗ keo tai tượ ng. Khi tăng thờ i gian xử lý thì cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm dầnnhưng khi kéo dài thờ i gian xử lý thì cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm chậm hơ n.





49

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

15 30 60 90 120 150 180


C ư ờ n g


t h ớ , ( N

/ m m

2 )

Hình 3.18 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n cườ ng độ tr ượ t d ọc thớ trong quá trình

xử lý kiề m nóng t ừ g ỗ keo lai.


K ết quả ảnh hưở ng của thờ i gian xử lý trong quá trình xử lý kiềm nóngảnhhưở ng không nhiều đến thành phần hóa học của nguyên liệu. Chỉ có các chất trích lytan trong axeton giảm nhiều khi tăng thờ i gian xử lý, như vớ i thờ i gian xử lý 180 phútcác chất trích ly giảm gần một nửa so vớ i thờ i gian xử lý 15 phút. Nên hiệu suất bộtgiảm không nhiều khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 lên 180 phút. Tuy nhiênđối vớ i nấu bột hóa học cùng vớ i mức dùng kiềm thì thờ i gian nấu cũng là một yếu tố ảnh hưở ngquan tr ọng đến hiệu suất và tr ị số kappa (cũng như thành phần hóa học của nguyênliệu còn lại chủ yếu là xenluylô và một phần lignin).

0

10

20

30

40

50

60

15 30 60 90 120 150 180

Thờ i gian xử lý, (phút)

T h à n h p

h ầ n

h ó a h ọ c ,

( % )

Xenluylô

Lignin

Pentozan


Hình 3.19 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n thành ph ần hóa h ọc trong quá trình

xử lý kiề m nóng t ừ g ỗ keo lai.





50


K ết quả trong bảng 3.4 phân tích cho thấy tính chất cơ lý của bột giấy tăng dầnkhi tăng thờ i gian xử lý. Nhưng tính chất cơ lý của bột giấy tăng nhanh hơ n khi tăngthờ i gian xử lý từ 15 lên 120 phút so vớ i khi tăng thờ i gian xử lý từ 120 lên 180 phút.Khi tăng thờ i gian xử lý thì tính chất cơ lý của bột tăng nhưng lại làm giảm độ tr ắngvà hiệu suất bột giấy. Do vậy, đối vớ i bột cơ học tẩy tr ắng lựa chọn thờ i gian xử lý để tính chất cơ lý của bột giấy cao nhưng vẫn phải đảm bảo độ tr ắng không thấ p quá vàhiệu suất bột cao.

3600

3750

3900

40504200

4350

4500

4650

4800

15 30 60 90 120 150 180


C h i ề u d à i đ ứ t , ( m )

Hình 3.20 Ả nh hưở ng của thờ i gian x ử lý đế n chiề u dài đứ t trong quá trình x ử lý


3.1.3 Ả nh h ưở ng c ủa nhi ệt độ x ử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo (keo tai t ượ ng, keo lai) trong quá trình x ử lý ki ềm nóng.

Nhiệt độ nấu ảnh hưở ng r ất lớ n đến hiệu suất, chất lượ ng bột giấy, nhiệt độ nấu thấ p thìđể đạt đượ c cùng một tr ị số kappa thờ i gian bảo ôn kéo dài, khi nấu ở nhiệt độ cao thì thờ i gian bảo ôn giảm nhưng khiđó tốc độ phản ứng cắt mạch lignincàng cao. Tùy theo mục đích và yêu cầu của chất lượ ng sản phẩm và nguyên liệu đầuvào mà nhiệt độ nấu khác nhau. Theo các nghiên cứu về tốc độ phản ứng tách loạilignin đã cho thấy r ằng khi nhiệt độ nấu cao hơ n 150 0C, nếu nhiệt độ tăng thêm10 0C thì tốc độ phản ứng tăng lên khoảng 2 lần. Theo k ết quả nghiên cứu và tài liệuđối vớ i bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng và bột bán hóa [11, 12] nhiệt độ xử lý từ 90 ÷ 950C.

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài xử lý trong môi tr ườ ng kiềm nóng nênnhómđề tài lựa chọn khoảng nhiệt độ nghiên cứu:





51

+ Nhiệt độ: 65, 80, 95, 110, 125, 1400C

+ Nồng độ kiềm: 15 g/l+ Thờ i gian xử lý: 120 phút

+ Tỷ dịch: 1/43.1.3.1 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo tai t ượ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

K ết quả nghiên cứu ảnh hưở ng của nhiệt độ xử lý đến tính chất vật lý, thành phần hoá học từ nguyên liệu gỗ keo tai tượ ng đượ c đưa ra trong bảng 3.5

Bảng 3.5Ảnh hưở ng của nhiệt độ xử lýđến tính chất vật lý và thành phầnhoá học, tính chất cơ lý của bột giấy từ nguyên liệu gỗ keo tai tượ ng.

Nhiệt độ xử lý, (0C) 65 80 95 110 125 140

Tính chất vật lýTỷ tr ọng mảnh, (kg/m3) 400,47 397,25 391,86 386,31 378,80 371,97Độ tr ắng, (% ISO) 34,69 33,92 32,67 28,73 26,56 21,68Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ , (N/mm2) 3,20 2,63 1,77 1,43 1,27 0,93

Thành phần hoá họcCác chất trích ly tan trong axeton,(%)

1,08 0,83 0,72 0,55 0,52 0,48

Xenluylô, (%) 50,75 50,19 49,48 49,16 49,08 48,87

Lignin, (%) 23,41 22,97 22,69 22,65 22,36 20,73Pentozan, (%) 21,19 20,12 19,30 19,13 18,87 17,21

Hiệu suất bột giấy, (%) 92,86 91,24 90,04 89,65 88,76 86,23Tàn kiềm, (g/l) 4,2 3,7 3,0 2,4 1,6 1,0

Tính chất cơ lý của bột giấyChiều dàiđứt, (m) 3720 4180 4580 4712 4853 5010

C.số độ chịu bục, (kPa.m2

/g) 1,67 1,98 2,15 2,67 3,02 3,45C.số độ bền xé, (mN/.m2/g) 3,30 4,85 5,22 5,34 5,56 5,78 Phần tr ăm thành ph ần hóa h ọc so vớ i nguyên li ệu ban đầu, bột giấ y đượ c

nghiề n t ớ i độ nghiề n 30 0SR, t ờ giấ y mẫ u đượ c xeo trên máy xeo rappid thí nghi ệmđịnh l ượ ng 70 g/m 2.





52

- Tính ch ấ t vật lý:Từ bảng k ết quả 3.5 phân tích số liệu cho thấy cùng vớ i nồng độ kiềm, thờ i

gian xử lý thì nhiệt độ xử lý là yếu tố ảnh hưở ng tươ ng đối lớ n đến tỷ tr ọng, độ tr ắng,cườ ng độ tr ượ t dọc thớ . Khi tăng nhiệt độ xử lý từ 65 0C đến 95 0C thì tỷ tr ọng giảm

2,15%. Tỷ tr ọng giảm nhanh khi tăng nhiệt độ xử lý từ 95 0C đến 140 0C (tỷ tr ọnggiảm 5,08%) so vớ i khi tăng nhiệt độ xử lý từ 65 0C đến 950C (tỷ tr ọng giảm 2,15%).Khi tỷ tr ọng giảm thì dăm mảnh nguyên liệu sẽ xố p hơ n tạo điều kiện thuận lợ i choquá trình nghiền.

360

365

370

375

380

385

390

395

400

405

65 80 95 110 125 140

Nhi ệt độ xử lý, (0C)

T ỷ t r ọ n g ,

( k g / m 3 )

Hình 3.21 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ đế n t ỷ tr ọng trong quá trình x ử lý kiề m nóng

t ừ g ỗ keo tai t ượ ng.

K ết quả trong bảng này cho thấy độ tr ắng chịu ảnh hưở ng r ất lớ n của nhiệt độ xử lý, khiở nhiệt độ xử lý càng caođộ tr ắng giảm r ất nhanh, như khi tăng nhiệt độ xử lý từ 65 0C lên 950C thìđộ tr ắng giảm 5,82%, nhưng khi tăng nhiệt độ xử lý từ 95 0Clên 1400C thìđộ tr ắng giảm 33,64 %. Khi nhiệt độ lớ n hơ n 1400C thì các phản ứngcủa lignin bắt đầu xảy ra, trong quá trình phản ứng vớ i xút ngoài việc hòa tan ligninvào dịch đen còn xảy ra phản ứng biến đổi các nhóm mang màu của lignin nên bộtgiấy có màu nâu sẫm. Do vậy, nhiệt độ là một trong những yếu tố r ất nhạy cảm vớ iđộ tr ắng trong quá trình xử lý kiềm nóng.





53

18

20

2224

26

28

30

32

34

36

65 80 95 110 125 140

Nhiệt độ xử lý, (0C)

Đ ộ t r

ắ n g ,

( % I S O

)

Hình 3.22 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ đế n độ tr ắ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng

t ừ g ỗ keo tai t ượ ng.Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm (giảm 70,94%) khi tăng nhiệt độ từ 65 0C đến

140 0C. Vớ i nhiệt độ xử lý 1400C thì cườ ng độ tr ượ t dọc thớ là 0,93 N/mm2 giảmgần 3,44 lần so vớ i nhiệt độ xử lý 650C. Quy luật giảm cườ ng độ tr ượ t dọc thớ này phản ánh đúng bản chất bở i đối vớ i sản xuất bột cơ học thì tác nhân chủ yếu dùngnăng lượ ng nghiền để tách các xơ sợ i nên cườ ng độ tr ượ t dọc thớ cao. Cònđối vớ isản xuất bột hóa học thì tác nhân chủ yếu là dùng hóa chất để tách các xơ sợ i nêncườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

65 80 95 110 125 140


C ư ờ n g

đ ộ t r ư ợ t d ọ c t h ớ

, ( N / m m

2

Hình 3.23 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ đế n cườ ng độ tr ượ t d ọc thớ trong quá trình x ử lý


- Thành ph ần hóa h ọc:Trong quá trình xử lý kiềm nóng khi tăng nhiệt độ xử lý từ 65 0C đến 950C thì

thành phần hóa học giảm khôngđáng k ể chủ yếu là các chất trích ly giảm. Nhưng khităng nhiệt độ gần 140 0C thì thành phần hóa học giảm nhanh, nhất là lignin và pen-tozan, bở i ở khoảng lớ n hơ n nhiệt độ này các phản ứng của lignin, pentozan bắt đầu





54

xảy ra nhưng vớ i tốc độ chậm. Nên khi tăng nhiệt độ xử lý từ 125 0C lên 1400C thìlignin giảm 7,29%, pentozan giảm 8,80% và hiệu suất bột giấy cũng giảm nhanh hơ n(giảm 2,85%).

05

101520253035404550

55

65 80 95 110 125 140


T h à n

h p

h ầ

n h ó a

h ọ c ,

( % )

Xenluylô

Lignin

Pentozan


Hình 3.24 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ đế n thành ph ần hóa h ọc trong quá trình x ử lý


- Tính ch ấ t cơ lý của bột giấ y:Qua k ết quả bảng 3.5 cho thấy tính chất cơ lý của bột giấy thu nhận đượ c chịu

ảnh hưở ng r ất rõ r ệt vào nhiệt độ, khi tăng nhiệt độ từ 65 0C lên 1400C, như chiều dàiđứt tăng 34,68%, chỉ số độ chịu bục tăng 1,78đơ n vị, chỉ số độ bền xé tăng 2,48%. Như đã phân tíchở trên cườ ng độ tr ượ t dọc thớ , tỷ tr ọng và thành phần hóa học giảm

khi tăng nhiệt độ xử lý và quy luật này phản ánhđúng quy luật tăng tính chất cơ lýcủa bột giấy.

3400

355037003850400041504300445046004750490050505200

65 80 95 110 125 140


C h i ề u

d à i đ ứ t , ( m )

Hình 3.25 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n chiề u dài đứ t trong quá trình x ử lý






55

3.1.3.2 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n sự thay đổ i tính ch ấ t vật lý và thành ph ầnhoá h ọc của g ỗ keo lai trong quá trình x ử lý kiề m nóng.

K ết quả nghiên cứu ảnh hưở ng của nhiệt độ xử lý đến tính chất vật lý, thành phần hoá học từ nguyên liệu gỗ keo laiđượ c đưa ra trong bảng 3.6

Bảng 3.6Ảnh hưở ng của nhiệt độ xử lýđến tính chất vật lý và thành phầnhoá học, tính chất cơ lý của bột giấy từ nguyên liệu gỗ keo lai.

Nhiệt độ xử lý, (0C) 65 80 95 110 125 140

Tính chất vật lýTỷ tr ọng mảnh, (kg/m3) 398,15 394,95 389,59 384,07 377,91 369,84Độ tr ắng, (% ISO) 39,42 38,57 36,08 31,73 29,34 23,95Cườ ng độ tr ượ t dọc thớ , (N/mm2) 3,18 2,60 1,76 1,40 1,25 0,92

Thành phần hoá họcCác chất trích ly tan trong axeton,(%)

0,90 0,69 0,60 0,46 0,44 0,40

Xenluylô, (%) 49,87 49,23 48,54 48,22 48,14 47,94Lignin, (%) 22,86 22,43 22,16 22,12 21,84 20,22Pentozan, (%) 18,54 17,60 16,88 16,73 16,51 14,95

Hiệu suất bột giấy, (%) 92,55 90,94 89,74 89,35 88,46 85,94Tàn kiềm, (g/l) 4,0 3,6 3,2 2,4 1,7 1,0

Tính chất cơ lý của bột giấyChiều dàiđứt, (m) 3717 4182 4576 4708 4850 5014C.số độ chịu bục, (kPa.m2/g) 1,65 1,96 2,13 2,64 3,00 3,41C.số độ bền xé, (mN/.m2/g) 3,32 4,88 5,25 5,37 5,59 5,81


- Tính ch ấ t vật lý:Từ k ết quả bảng 3.6 cho thấy tươ ng tự như ảnh hưở ng của nhiệt độ xử lý đối

vớ i gỗ keo tai tượ ng, khi tăng nhiệt độ xử lý thì tỷ tr ọng giảm. Tỷ tr ọng giảm 7,11%khi tăng nhiệt độ từ 65 0C đến 95 0C, khi tăng nhiệt độ xử lý thì thành phần hóa họcgiảm nhiều như các chất trích ly, pentozan, … nên tỷ tr ọng giảm.





56

355360365370375

380385390395400405

65 80 95 110 125 140


T ỷ t r ọ n g ,

( k g / m

3 )

Hình 3.26 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n t ỷ tr ọng trong quá trình x ử lý kiề m nóng

t ừ g ỗ keo lai.Qua phân tích các k ết quả nghiên cứu, các yếu tố ảnh hưở ng đến độ tr ắng

trong quá trình xử lý kiềm nóng, thìảnh hưở ng của nhiệt độ xử lý đến độ tr ắng r ất rõr ệt. Khi nhiệt độ xử lý càng cao thìđộ tr ắng giảm càng nhanh, như khi tăng nhiệt độ xử lý từ 65 0C đến 950C độ tr ắng giảm 8,47% so vớ i khi tăng nhiệt độ xử lý từ 95 0Cđến 1400C, độ tr ắng giảm 33,62%.

20

23

26

29

32

35

38

41

65 80 95 110 125 140



( % I S

O )

Hình 3.27 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n độ tr ắ ng trong quá trình x ử lý kiề m nóng


Như đã phân tíchở trên khi tăng nhiệt độ xử lý thì tỷ tr ọng, độ tr ắng giảm nêndăm mảnh xố p và mềm hơ n, hơ n nữa các phản ứng của lignin xảy ra vớ i tốc độ caohơ n. Do vậy, lực liên k ết giữa các xơ sợ i lỏng lẻo hơ n và cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm. Khi tăng nhiệt độ xử lý từ 65 0C đến 1400C cườ ng độ tr ượ t dọc thớ giảm 3,46lần.







58

35003650380039504100

4250440045504700485050005150

65 80 95 110 125 140


C h i ề u

d à i đ ứ t , ( m )

Hình 3.30 Ả nh hưở ng của nhi ệt độ xử lý đế n chiề u dài đứ t trong quá trình x ử lý


3.2 Xác lập chế độ công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợ p

Khác vớ i quá trình sản xuất bột hóa học, bột hoá nhiệt cơ chủ yếu đượ c tạo ra bằng phươ ng pháp nghiền cơ học. Tuy nhiên,để sản xuất đượ c loại bột có chất lượ ngcao và mức tiêu thụ năng lượ ng thấ p thì vai trò của giai đoạn xử lý bằng hoá chấttr ướ c khi nghiền vớ i các yếu tố công nghệ là nhiệt độ xử lý, mức dùng hóa chất thẩmthấu và thờ i gian xử lý đóng vai trò r ất quan tr ọng.

K ết quả nghiên cứu về ảnh hưở ng của các yếu tố công nghệ (nồng độ kiềm,thờ i gian xử lý, nhiệt độ xử lý)đến tính chất vật lý và thành phần hóa học của gỗ một

số loại keo (keo tai tượ ng, keo lai) trong quá trình xử lý kiềm nóng cho thấy:+ Đố i vớ i thờ i gian x ử lý: Khi tăng thờ i gian xử lý từ 15 đến 180 phút thì tỷ

tr ọng dăm mảnh giảm không nhiều (2,9%), thành phần hóa học ít thayđổi ngoại tr ừ các chất trích ly (các chất trích ly tan trong axeton giảm 43,7%),độ tr ắng giảm mạnh(21,4%) trong khi tính chất cơ lý của bột giấy tăng khôngđáng k ể. Mặt khác, việctăng thờ i gian xử lý sẽ làm tăng thể tích của thiết bị, giảm công suất sản xuất dẫn tớ ilàm tăng chi phíđầu tư ban đầu và chi phí vận hành. Như vậy, đối vớ i bột hóa nhiệtcơ thờ i gian xử lý bằng hoá chất tr ướ c khi nghiền thích hợ pở trong khoảng từ 20 đến30 phút.

+ Đố i vớ i nhiệt độ xử lý: Nhiệt độ là yếu tố công nghệ có ảnh hưở ng quantr ọng nhất trong quá trình xử lý mảnh một số gỗ keo bằng dung dịch kiềm. Khi tăngnhiệt độ xử lý từ 65 0C lên 1400C tỷ tr ọng dăm mảnh giảm 7,1%, cườ ng độ tr ượ t dọcthớ giảm r ất mạnh (71%), tính chất cơ lý của bột giấy tăng (như chiều dài đứt tăng





59

34,7%). Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ xử lý tớ i mức cao hơ n 110 0C thìđộ tr ắng củamảnh giảm tớ i 33,8% ISO so vớ i mảnh gỗ banđầu, độ tr ắng của mảnh sau giaiđoạnxử lý hoá chất của quá trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng là một chỉ số r ất quantr ọng cóảnh hưở ng đến độ tr ắng của bột thành phẩm. Vì vậy, đối vớ i bột hóa nhiệt cơ

tẩy tr ắng nên giớ i hạn nhiệt độ xử lý ở mức nhỏ hơ n 110 0C. Đối vớ i bột hiệu suấtcao không tẩy tr ắng dùng cho sản xuất giấy bao bì công nghiệ p có yêu cầu cao về độ bền cơ lý thì cần phải áp dụng chế độ công nghệ xử lý vớ i nhiệt độ hơ n 1400C.

+ Đố i vớ i nồng độ kiề m: Ở nhiệt độ xử lý nhỏ hơ n 110oC, khi tăng nồng độ kiềm tớ i mức lớ n hơ n 15 g/l (6,75% NaOH so vớ i nguyên liệu khô tuyệt đối) thì tínhchất cơ lý của bột giấy tăng, độ tr ắng giảm nhiều và lượ ng kiềm dư (kiềm chưa phảnứng) cao. Như vậy, đối vớ i bột hóa nhiệt cơ tẩy tr ắng thì mức dùng kiềm nhỏ hơ n 15g/l là phù hợ p. Đối vớ i bột hiệu suất cao có yêu cầu cao về độ bền cơ lý nhưng khôngđặt ra yêu cầu về độ tr ắng thì song song vớ i việc áp dụng chế độ công nghệ xử lýnhiệt độ cao có thể nâng mức dùng kiềm tớ i 25 g/l (khoảng 11% so vớ i nguyên liệukhô tuyệt đối).

Quy trình xử lý kiềm nóng thích hợ p đối vớ i nguyên liệu gỗ keo:

* Đố i vớ i bột hóa nhi ệt cơ t ẩ y tr ắng:

+ Nồng độ kiềm: 5 ÷ 15 g/l (2,25 ÷ 6,75 % so vớ i nguyên liệu KTĐ)

+ Thờ i gian xử lý: 20 ÷ 30 phút+ Tỷ lệ dịch: 1/4

+ Nhiệt độ xử lý: 85 ÷ 1100C

* Đố i vớ i bột hi ệu su ấ t cao không t ẩ y dùng cho s ản xu ấ t gi ấ y bao bì công

nghi ệ p:

+ Nồng độ kiềm: 15 ÷ 25 g/l (6,75 ÷ 11,25 % so vớ i nguyên liệu KTĐ)

+ Thờ i gian xử lý: 20 ÷ 90 phút

+ Tỷ lệ dịch: 1/4

+ Nhiệt độ xử lý: 140 ÷ 2100C





60

Sơ đồ khối quy trình xử lý kiềm nóng thích hợ p đối vớ i nguyên liệu gỗ keo:

Gỗ

Chặt mảnh

Xử lý hóa chất

Bột hiệu suất cao khôngtẩy tr ắng

Xeo giấy

Bột hóa nhiệt cơ tẩytr ắng

+ Nồng độ kiềm: 5 ÷ 15 g/l+ Thờ i gian xử lý: 20 ÷ 30 phút+ Nhiệt độ xử lý: 85 ÷ 1100C+ Tỷ dịch: 1/4

+ Nồng độ kiềm: 15 ÷ 25 g/l+ Thờ i gian xử lý: 20 ÷ 90 phút+ Nhiệt độ xử lý: 140 ÷ 2100C+ Tỷ dịch: 1/4

Tẩy tr ắng

Nghiền sơ cấ p

Nghiền thứ cấ p

Nghiền sơ cấ p

Nghiền thứ cấ p

Xeo giấy





61

K ẾT LUẬN1. Trong giaiđoạn xử lý dăm mảnh một số loại keo (keo tai tượ ng, keo lai) vớ i

dung dịch xút (NaOH) cùng vớ i các yếu tố công nghệ như mức dùng hóa chất, nhiệtđộ và thờ i gian xử lý thì cườ ng độ tr ượ t dọc thớ , tỷ tr ọng dăm mảnh, độ tr ắng thayđổi r ất rõ r ệt. Mặt khác, khi tăng nhiệt độ xử lý tớ i mức cao hơ n 110 0C, hoặc nồngđộ kiềm lớ n hơ n 15 g/lở nhiệt độ xử lý nhỏ hơ n 110 0C thìđộ tr ắng của mảnh giảmmạnh, độ tr ắng của mảnh sau giaiđoạn xử lý hoá chất của quá trình sản xuất bột hóanhiệt cơ tẩy tr ắng là một chỉ số r ất quan tr ọng cóảnh hưở ng đến độ tr ắng của bộtthành phẩm.

2. Trong quá trình xử lý kiềm nóng khi thayđổi các yếu tố nồng độ kiềm, thờ igian xử lý, nhiệt độ xử lý thì hàm lượ ng xenluylô giảm khôngđáng k ể, hàm lượ ng

lignin và pentozan giảm khá ít, ngoại tr ừ các chất trích ly giảm nhiều, tính chất cơ lýcủa bột giấy thayđổi r ất nhiều.

3. Sự thay đổi tính chất vật lý và thành phần hóa học trong quá trình xử lýkiềm nóngđối vớ i hai loại nguyên liệu gỗ keo lai và keo tai tượ ng không có sự khácnhau nhiều.

4. Từ các k ết quả nghiên cứu làm rõ và tìm ra quy luật thayđổi tính chất vật lývà thành phần hóa học trong quá trình xử lý kiềm nóng từ các loại gỗ keo (keo tai

tượ ng, keo lai), nhómđề tài lựa chọn quy trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ và bột hiệusuất cao không tẩy tr ắng phù hợ p:

* Đố i vớ i bột hóa nhi ệt cơ t ẩ y tr ắng:+ Nồng độ kiềm: 5 ÷ 15 g/l (2,25 ÷ 6,75 % so vớ i nguyên liệu KTĐ)+ Thờ i gian xử lý: 20 ÷ 30 phút+ Tỷ lệ dịch: 1/4+ Nhiệt độ xử lý: 85 ÷ 1100C

* Đố i vớ i bột hi ệu su ấ t cao không t ẩ y dùng cho s ản xu ấ t gi ấ y bao bì côngnghi ệ p:+ Nồng độ kiềm: 15 ÷ 25 g/l (6,75 ÷ 11,25 % so vớ i nguyên liệu KTĐ)+ Thờ i gian xử lý: 20 ÷ 90 phút+ Tỷ lệ dịch: 1/4+ Nhiệt độ xử lý: 140 ÷ 2100C





62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS.Đào Sỹ Sành và các cộng sự

Báo cáođề tài cấ p bộ năm 2006,“Nghiên c ứ u sử d ụng h ợ p lý và hi ệuquả các ngu ồn nguyên li ệu x ơ sợ i thự c vật ở Vi ệt Nam dùng cho s ản xu ấ t bột

gi ấ y” , Viện Công nghiệ p Giấy & Xenluylô.

2. Hồ S ĩ TrángCơ sở hoá học gỗ và xenluloza, nhà xuất bản khoa học và k ỹ thuật, xuất

bản ngày 17/10/2003 T1-T2.

3. TS. Hoàng Quốc Lâm và các cộng sự Báo cáo k ết quả thực hiện đề mục năm 2004:“Nghiên c ứ u xác đị nh

ti ềm n ăng và công ngh ệ chế bi ế n bột gi ấ y chấ t l ượ ng cao c ủa 5 loài cây:

thông caribe, b ạch đ àn uro, keo tai t ượ ng, keo lá tràm, keo lai” , Viện Côngnghiệ p Giấy & Xenluylô.

4. Lê Châu Thanh, Phạm Thanh Thoại, Doãn Thái Hòa, “Nh ữ ng bài thí nghi ệm

về hoá h ọc g ỗ và xenlulô” , Tr ườ ng Đại Học Bách Khoa hà Nội, xuất bản năm 1990.5. Đào Sỹ Sành và các cộng sự , “Các hi ện t ượ ng vật lý và hoá h ọc x ả y ra trong

quá trình ki ềm l ạnh g ỗ bồ đề” , K ỹ thuật giấy-xenluylô, Viện công nghiệ p Giấy &Xenluylô, 2-1980.

6. Ths. Cao Văn Sơ n và các cộng sự Báo cáođề tài cấ p bộ năm 2004,“Nghiên c ứ u công ngh ệ sản xu ấ t bột hóa

nhi ệt cơ t ẩ y tr ắng t ừ g ỗ cứ ng (keo lai)” , Viện Công nghiệ p Giấy & Xenluylô.

7. Đỗ Thanh Tú và các cộng sự Báo cáođề tài cấ p bộ năm 2007,“Nghiên c ứ u ch ế độ công ngh ệ sản

xuấ t bột bán hóa t ừ g ỗ bạch đ àn và keo (keo tai t ượ ng, keo lai) cho s ản xu ấ tl ớ p sóng c ủa cáctông sóng” , Viện Công nghiệ p Giấy & Xenluylô.





8. Johan Gullichen, Hannu Pauladuro, “Book 2 Forest Resources and Sustainable

Mangement, Papermaking Science and technology” , Paper Engineer’s Associationand Tappi, 1998.

9. Ernst Black and Rainer EkmanPitch control, wood resin and dersination, TAPPI Press, 2000

10. Andrian F.A Wallis and Ross H. Wearne“Wood resin in Acacia mangium and Acacia crassicaroa wood and

knots” , APPITA Journal, 57(4), 2004.

11. Suivi Pietarinen, Stefan Willffour and Bjarne Holmbom

“Wood resin in Acacia mangium and Acacia crassicaroa wood andknots” , APPITA Journal, 57(2), 2004.

12. Book 6A chemical pulping: ”Semichemical and chemimechanical pulpingmethods”, Papermaking Science and Technology.

13. Johan Gullichen, Hannu Pauladuro, “Book 3 Forest Products Chemistry,

Papermaking Science and technology” , Paper Engineer’s Association and Tappi,

1998.


Đề tài Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu gỗ keo trong quá trình xử lý kiềm nóng

Documents