Kỹ thuật xenlulô và giấy nguyễn thị ngọc bích pdf

Và ngoải những tinh chất tự nhiên này, các quá trinh sản xuất bột giếy có một ẳnh hương quyết định dối với tinh chất của xơ sợi.. Bươc dầu tiên là chọn nguyên liệu, tức la chọn tinh chấ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ Hổ CHÍ MINH

TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THỊ NGỌC BÍCH

KỸ THUẬT XENLULÔ và GlẤY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH TRtTỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Nguyễn Thị Ngọc Bích

KỸ THDẬT XENLDLÔ Và GIẤY

MỤC LỤC

Cỉiươìig 1

2.5 Thẩn ií٠iig cua h y tlrat cacbon vk iignin tìong inOi trường axit và

nhiệt lo e

؛ 3

G Thu hồ

107 3.7

Lầm áặc huyền phU bột - bảo quản bột

؛ 11 3.10

Tắy trấng bột cơ học

؛ 11 3.11

Kiểm tra - áấnh giấ

1٤ﺍ

Kết luận

4 Chương

؛ 11 BỘTSULKAT

؛ 11 4.1

Lịch sử

؛ 12 4.2

Mô tả quấ trinh nấu bột sulfat

122 )

4.3 Một số áịnh nghĩa (theo hệ T A P I

ﻡ

12 4.4

Phản ứng hOa học trong quá trinh nấu bột sulfat

131 4.5

Động học của quắ trinh sulfat

141 4.6

Các quả trlnli sultathiến tinh

145 4.7

Thiết bị nấu bột

161 4.8

Phạm vi sử dụng bột

sulfat

5 Chucmg

THU HỒI TÁC CHẤT Từ DỊCH DEN VA x ử LÝ BỘT SAU KKI

162 NẤU

162 5.1

Thu hồi tác chất từ dịch den

182 5.2

Xử ly bột sau nấu

6 Chương

210

ﺍ

BỘTSULPIT

210 6.1

Biến thiên ph của dịch nấu trong phương pháp sulfit

214 6.4

Chuẩn bị dịch nấu

217 6.5

Phản ứng hóa học của các cấu tử trong quá trinh sunfit

220 6.6

Nguyên liệu và thiết

bị nấu bột sulfit

6.7 Thu hồ؛ hOa chất trong quá trinh sunfit

6.8 ứ n g dụng bột suifit

CìuXơng 7

BỘT GIẤY THU HỒI VÀ SỢI PHI GỖ

P hần A GIẤY THU HỒI

7.1 Tổng quan

7.ﺫﺓ Hệ thOng thﺍﺍ gom'và phân loại giấy thu hồi

7.8 Quá trinh và th؛ết bị cho xử lý g؛ấy thu hồi

P ỉiần 5٠- BỘT GIẤY TỪ NGUỔN NGUYÊN LIỆU PHI G ỗ

7.8 Xử ly, tồn trữ và bảo quản

7.9 NâU bột giấy từ bã mía

7.10 Thu hồi hóa chất

8.1 Tổng quan quá trinh tấy trắng bột giâ'y

8.2 Tác châ't tẩy trắng bột giâ'y

8.3 Hóa học cUa quá trinh tẩy trắng bột- giấy

8.4 Quy trinh t.ẩy trắng

222

224

227 227 227 231 233 257 258 258 259

268

268 268 269 270 270

271 271

272

279 314

9.3 P h ân tá n bột (nghiền thUy lực.)

9.4 ThUy hóa và chổi hóa sợi ("reftiilng" hay "heating"}

9.5 Hệ thống vận chuyển bột dến máy xeo

9.6 T inh che' huyền phU bột trước khi vào máy xeo

Clrương 10

PH Ụ GIA SỬ DỰNG TRONG CÒNG N G H IEPG IA Y

10.1 Tổng quan về "hóa học cUa giầy'’

10.2 Quá trin h tạo hình trên iưứi xeo

10.3 Quá trin h bảo lưu t,rên lưới xeo

10.4 Sự th o á t nước qua lưới xeo

10.5 Quíin íhểm l.hực tế ciía sự bao lưu và ^t.ỉ' thoát nước

10.6 Cíic chat trợ bào 1ىاد phO biến

10.7 t:ha't dộn vá bột (nàu phán tán

10.8 Gia keo nội bộ

10.9 Hoá liọc cua nưức từ máy xeo

10.10 C hat gia Cường kho

10.11 Chat, gia cường ướt

341 341 342

343 348 362

363

365 365 372 373 379

؛ 458 464

؛ 465

؛ 465

11.2 H ệ thông phụ trợ 466 11.0 l ١hùng đấu và bộ p h ặn p hân phoi bột cho máy xeo 467

Lời nói đầu

KỸ T H U Ậ T X E N LU L Ỏ VÀ G IẤ Y được biên soạn và

dựa trên sự th a m khảo từ những tài liệu cập n h ậ t và dang p h ổ hiến trên th ế giới Đây là tài liệu chuyền ngành d à n h cho sin h vièn ngành kỹ th u ậ t Hóa học, đồng thời củng có th ể dùng làm tài liệu tham khảo cho quý độc giả đ a n g làm công việc có liên quan tới lĩn h vực này.

X in chân th à n h cảm ơn T h S Cao T hị N hung, K S

Vũ Tiến H y về nhữ ng góp ý xác thực và cần th iế t cho cuốn sách này, đặc biệt là việc sử dụn g m ội s ố th u ậ t ngữ chuyên ngành.

Do K Ỹ T H U Ậ T XEN LU LÔ V ii QỊẤY.~Ạược biên

soạn và xu ấ t bản lần đầu, sẽ không th ể trá n h khỏi những th iếu sót về nội dung và lỗi chính tả R ấ t m ong được sự góp ý của các bạn đồng nghiệp, các độc giả đ ể lần tái bản cuốn sách sẽ được hoàn thiện hơn.

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Công nghệ Hóa học và D ầu khí, Đại học Quốc gia T P HCM, Trường Đại học Bách khoa, sổ 268 Lý Thường Kiệt,

Q lồ, T P H C M

ĐT: 08.8650484.

T ác g iả

TS N gu yễn T h ị N g ọ c B íc h

Chương 1

GIỚI THIỆU

1.1 VAI 1RÒ c U a g i A y

Giấy là sả n phẩm không thê ihieu trong iìoạt dộng xà hội của bất

kỳ dâ't nước nào Mặc dù các phương t.iện tin học tro n g th h n g tin và lưu trử p h á t triể n m ạn h , nhưng giâ'y vần luOn là một sả n p h ẩm không thế

th ay th ế dược tro n g ho ạt dộng giáo clục١ in ấ n ١ báo chi, ván học, hội họa

Và khi nền k in h t ế quốc gia chng phht triên, nhu cầu xã hộl gia tă n g thl nliu cắu bao bì tư giấy và nhu cổu về các loại giấy gia dụng sẽ càng gia tăng.

1 G iây

Giâ'y là m ột sản phẩm cha xo sỢi xenluio cO d ạng tá'm, tro n g đd sợi

và các p hần sợi dược liên kết với nhau tạo mạlا g khOng gian ba chiều Tíí thời xa xưa, người ta da có thc Ihin ''giâ'y" từ dây cOi bằng cách chẻ nho rồi xếp chhng lên nhau, minh họa này cho thâ.y giấy cO cà'u trd c lOp til.1.1).

b) I

H١nH i 1.1: M ln١ lioa cđu tì.úc lOp cila sán pììam g iấ y sơ klxaì làm a

tư dáy cói

12 с н и о ы о і

Sự tạo hinh tờ giấy dược chuẩn bị từ một huyền phù của bột giíy trong môi trường nước, qua một mặt lưới mịn nước dược lấy di và dể lii trên lưới lớp dệm sợi Tập hợp sợi này k ế dó dược qua trục ép dể vát b،t

٠nưởc rồi dược sấy khô và sẳn phẩm cuối dược gọi một cách khái quốt ﻩ

giấy Tinh chất của tập hợp vật chất này phụ thuộc vầo tinh chất cía cấc thầnh phần cấu thành nên nO, tinh chất của cấc liên kê't hình thành gíữa chUng và tinh dồng nhất của sự phân bố các thành phần trong bãrg giấy Trong da phần cấc trường hỢp, có thể nói giấy bao gồm hai thầnh phần cơ bản là xơ sợi và phụ gia Các phụ gia khOng mang bản chất sci, diều nầy cho thấy rằng không những tinh chất vật lý mả các tinh chít hda học của xơ sợi giữ một vai trồ quan trọng dối vơi tinh chất của giấy Kích thươc và một số tinh chất cUa xơ sỢi gỗ như chi.ều dài, bán kinh, bề dầy lớp tường t ế bào sợi thường không dồng dều, chUng pbụ thuộc vầo loại gỗ, nơi trồng, diều kiện phat triển, thời kỳ phát triển

Và ngoải những tinh chất tự nhiên này, các quá trinh sản xuất bột giếy

có một ẳnh hương quyết định dối với tinh chất của xơ sợi.

Trong quấ trinh tạo hình tờ giấy (xeo giấy), cấc xơ sợi dược tiếp xUc vơi nhau - ở giai đoạn ép và sấy, làĩh hinh thành các liên kết và từ đó cung cấp nhíhig tinh chất cơ lý cho bầng giấy Bộ bền cơ lý của bâng giấy sẽ phụ thuộc vào diện tích tiếp xUc và cường lực của cấc liên kết tạo thầnh Và yếu tố cơ bản quyết định độ liên kết là diện tích bề mặt tự do của xơ sợi hay phần có khả nấng tạo liên kết Thông số này liên quan vơi công nghệ sẳn xuất bột giấy và giấy.

Tinh dị th ể của bang giấy dược nhận thấy rõ hơn trong nhtog trương hợp như xơ sợi dược định hương theo chiều mấy xeo, bang giấy có tinh hai m ặt vầ cơ sự tạo hinh ít phầng Ngoài dặc tinh của qua trinh sản xuất, tinh chất xơ sợi - nhất là kích thươc sợi.cững cơ ành hương trên độ dồng nhất của cấu trUc.

Một khi bang gia'y dược hình thậnh, mạng cấu trUc này không

n h to g cơ độ bền cơ lý mà cơn phẳi thỏa một số tinh chất khac như độ che phủ (độ dục), độ xốp, độ nhẳn, độ chống thấm nươc Những yêu cầu nầy sẽ dược diều chinh tùy theo ứng dụng của từng loại sàn phầm giấy Bươc dầu tiên là chọn nguyên liệu, tức la chọn tinh chất cho xơ sợi, tuy nhiên trong qua trình sần xuất bột giấy cơ hiện tượng la một vầi tinh chất nầy của sẩn phẩm cơ th ể bị tổn thương khi ta tim cấch cảỉ thiện một số tinh chat khac Bo dó cần điề.i chỉnh qua trinh tạo hlnh hoặc sử dụng cấc phụ gia dể tlm dược dấp ứng phu hợp nhat.

G/Ớ/ THIỆU 13

2- B ộ t g iấ y

٠ Bột giấy là nguồn nguyên liệu có tính chất sợi dùng để làm giấy Bột giấy thường có nguồn gôc từ thực vật Tuy nhiên, người ta cũng có thể làm những loại giấy đặc biệt từ các loại sợi động vật, sợi vô cơ hay sợi tổng hợp.

٠ Những loại bột giấy được xử lý hóa học tạo ra những sản phẩm không có tính chất giấy gọi chung là bột hòa tan Những loại bột này dược sử dụng để sản xuất những dẫn xuâ١ xenlulô như xenlôphan, axêtat xenlulô, nitrat xenlulô, carboxymetyl xenlulô Bột hòa tan có th ể được sản xuất từ bột xenlulô sulíĩt hay sulfat biến tính, vấn đề cần được kiểm tra chặt chẽ là độ sạch và độ đồng đều của bột giấy (sau tẩy trắng).

٠ Ngoài ra, còn có dạng bột giây được chuẩn bị như dạng bông, được ứng dụng trong lĩnh vực đặc biệt hoàn toàn khác với giây như những sản phẩm có tính hấp phụ cao (tã lót, bông báng vệ sinh, .).

3 - B ia c a c tô n g

Về câu trúc và thành phần thì bìa cactông và giấy tương đương nhau Sự khác biệt rõ nhất giữa hai nhóm sản phẩm này là h٠ề dầy Thông thường, tâ١ cả các sản phẩm từ bột giấy có bề dầy trên 0,3mm được gọi là bìa cactông.

■ - 1809; John Dickinson (Anh) nhận patent về máy xeo tròn.

- 1817: Máy xeo tròn đầu tiên ở Mỹ

- 1827: Máy xeo dài (hay được gọi là máy xeo Fourdrinier) đầu tiên

ở Mỹ.

- 1840: Công bô" của phương pháp sản xuất bột mài tại Đức.

- 18u4: Oột giây lần đầu tiên được sản xuất từ gỗ theo phương pháp sođa (Anh)

14 CHƯƠNG 1

- 1867; Benjaniin Tilp٢hinan (Mỹ) nhận patent cho phương pháp sulĩit

- 1870: T riên khai công nghiệp đầu tiên quá tr ìn h sản x u ất bột niàc.

- 1874; Triển khai công nghiệp đầu tiên quá trìn h sản xuất bột sulTit

- 1884: P h á t m inh CLÌa Carl Dahl (Đức) về phương pháp sulíat.

N hừng công trìn h này là những đột phá cơ bản, làm n ề n tả n g cho

sự p h á t triế n của nền công nghiệp giấy hiện đại ngày nay Và th ế kỳ 20 được xem là giai đoạn cùa những cái tiến tìn h vi cho nền công nghiệp

n à y như sự p h á t triể n của công nghệ sán xuât bột nghiền, công nghệ

n â u bột liên tục, tẩy bột liên tục nhiều giai đoạn, trá n g giấy tr ê n máy xeo, m áv xeo lưới đôi, cũng như hệ thống diều k h iể n kiểm tr a b ằn g máy tín h Vì quá trìn h sản xuất bột giấy và giày luỏn cần sự chuyển vận một

kh ô i lượng lớn nguyên vật liệu, nên việc cơ giới hóa luôn là một lĩn h vực

r â t được quan tám trong sự p h á t triế n cùa nền còng nghiệp này.

1.4 YÊU CẨU VỂ NGUYÊN LIỆU CHO CÔNG NGHIỆP GIẤY

Các nguyên liệu được sứ dụng để làm giấy trước tiên phái có tín h

c h ấ t sợi, chúng cần có khá n ăng đan kêt và ép th à n h dạng tấ m đồng

n h ấ t, ơ những chỗ xơ sợi tiếp XLÍC, có SL/ hinh th à n h của những Hèn k ê t

c h ặ t chẻ Trong một sô ứng dụng, cáu trúc sợi này phải bảo đảm độ bền tro n g m ột thời gian dài Độ iĩẻn kết sợi được đ á n h giá th ô n g qua độ

k h á n g kéo hay độ bục của tờ giấy Một sỏ ìigLiyèn liệu có tín h c h ấ t sợi

r ấ t đặc trưng - sợi rấ t dài, như sợi đay, sợi ỉanh nhưng lại r â t khó tạo được Hên k ế t sợi tố t thì cũng khó được sư dụng đế là.m giấy, lúc này cần

p h ải có nhừng xứ lý cơ học thích hợj) nham làm p h á t triể n sự Hên k ế t giừa các sợi và điều này thường làm tiẽu tôn nhiều năng lượng M ột số nguyên liệu được sử dụng phố biến cho công nghiệp giây được tóm t ắ t tro n g báng 1.1.

C hiểu dài sỢi l

GIỜỊ THÌỆU 15

Các n h à m ay làm bột giấy và gỉấy b ؛.ệi) đại sử dụng nguồn nguyên liệu cơ b ả n là gp, với mức độ tự dộng hóa khá cao Theo quan điểm k in h tê' ở Bắc Mỹ, nhữ ng n h à máy lớn sẽ cO nhiều thuận lợi về n ăn g su ất, lợi

n h u ận C h in h vi vậy m à vốn dầu tư cho một nhà mẩy hiện dại râ^t cao,

ví dụ m ộ t n h à ,máy sản xu ất bột sulfat tẩy trắn g n ãn g su ấ t 1000

tấ n /n g à y c ầ n v.ốn k h o ản g 1 tỉ dô-la Tuy nhiên, tùy theo chUng loại sả n

p h ẩm m à vốn dầu tư cO th ể ít nhiều khác nhau 0 ặ c thù của n g à n h giấy nói chung là quy tr in h công nghệ cO tinh liên ngành cao, sử dụng nh iều hóa c h ấ t, n h iều m ặ t bằng và các th iế t bị dOi hỏi mức độ cơ giới h ó a cao Quá tr in h s ả n xuất giấy d i.từ nguyên liệu gỗ hay tư một số thực v ậ t phi

gỗ (tre , rơm , cỏ, b ã mía ) la m ột quy trinh phức tạp, bao gồm n h iều công đoạn, có t h ể dược tOm t ắ t qua sơ dồ khối dưới dây (Η.1.2).

H ìn h 1.2؛ S o dồ công nghệ.tổng qndt sản xuđt bột gidy υα gidy từ gỗ

Từ sơ đồ h ìn h 1.2, ta n h ậ n th ấy cO hai công đoạn cơ bẩn tro n g quá

tr in h sả n x u ấ t g٤ấy là: sản xu ất bột giấy và sản xuất giấy.

- Cong đoạn sản xu ấ t bột giấy (loại không hoặc cO tẩ y trdng): la giai

đ oạn ch ế b iến dể tá c h th à n h p hần xơ sỢi từ nguyên liệu gỗ hay m ột số thự c v ậ t b ằn g các phương p h ấp hóa học hay cơ học TUy theo yêu cầu cụ

th ể , bột có th ể không hoặc dược tẩy trắn g ở những mức độ khác nhau.

T rên sơ dồ h ìn h 1.2, cOng đoạn sản xuất bột dược hiểu là d ế n lUc

d ạ t dược "bột tẩ y trắn g ".

16 CHƯƠNG 1

- Công đoạn sả n xuất giấy: hay là giai đoạn tạo hình tờ giấy từ các

loại bột giây “ gọi là công đoạn xeo ở công đoạn này sẽ có một số xử lý

cơ học (như quá trình nghiền) hay hóa học (như sử dụng một sô" phụ gia)

để phát triển liên kết xơ sợi nhằm có được những tính chất cần thiết cho một sản phẩm giấy Tóm lại, làm giấy là xây dựng nên một tập hợp gồm bột giấy và các phụ gia, nó gồm những phần như:

- Chuẩn bị bột cho máy xeo (phân tán bột, nghiền bột, phôi trộn phụ gia)

- - Xeo

- Xử lý bề mặt, hoàn tất sản phẩm.

Có thể tồn tại nhừng kiểu nhà máy liên hợp, nghĩa là vừa sản xuất bột, vừa làm giấy Hoặc là có những nhà máy chuyên sản xuất bột để cung cấp cho các nhà máy sản xuất giấy.■

Ngoài ra, nếu nguyên liệu là nguồn giấy thu hồi, thì tùy theo tính chất của sản phẩm giấy cuôì cùng, có khi phải cần đến giai đoạn khử mực, khử màu bằng những thiết bị và quy trình công nghệ đặc thù.

Đã từ lâu gỗ được xem là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất cho công nghệ sản xuất bột giấy Trước khi đi vào quy trình chế biến bột, gỗ cần được bóc vỏ vì thành phần này chứa nhiều tạp châ"t làm ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm và làm tiêu tô"n nhiều năng lượng, hóa chất (hàm lượng vỏ chiếm khoảng 1% so vổi trọng lượng gỗ) Nước rửa gỗ sau khi lắng sẽ được đưa trở lại sử dụng cho th iết bị bóc vỏ Tiếp theo sẽ là giai đoạn cắt gỗ thành dám và sàng chọn để có dăm đồng đều Phần vỏ mịn, m ạt cưa hay những dăm gỗ nhỏ (có kích thước nhỏ hơn 3mm) sẽ được loại ra để dùng làm nhiên liệu, phần lớn hơn có th ể cho cắt lại Ngoài ra, việc bảo quản gỗ hay dám gỗ cũng cần được lưu ý vì trong kho chứa thường phát sinh hiện tượng tự làm nóng, làm giảm chất lượng gỗ.

Gỗ với cấu trúc đanh chắc, cần có nhừng quy trình chế biến thích hợp để chuyển chúng sang dạng xơ sỢi mềm mại, thích hợp cho việc làm giây Quy trình xử lý nhằm mục đích làm mềm hoặc làm hòa tan phần lignin (được xem là chât kết dính các bó sợi tạo nên cấu trúc chặt chẽ của gỗ), từ đó các bó sợi sè được giải phóng Dưới tác dụng hóa học hoặc

cơ học, các sợi xenlulổ sẽ được tách rời ra và tạo nên huyền phù đồng nhất trong nước Từ hai phương pháp hóa học và cơ học, ta có một số loại bột có đặc tính khác nhau như:

Phương p h á p hóa học: Với phương pháp này hiệu suất bột đạt từ 45

đến 55%, các thành phần không phải là xenlulô đã hòa tan phần lớn trong dịch nấu Bột giây chứa chủ yếu là sợi xenlulô có độ bền môi trường và cơ lý cao, vì vậy bột■ giấy loại này được gọi là bột hóa hay bột xenlulô Tùy theo hóa châ"t sử dụng, ta có các loại bột sau:

- Bột sođa, thuộc loại bột kiềm - dịch nấu nấu gỗ là dung dịch NaOH

ﺝ 16 ( 83٧

66 ﺀ ﻞﻠﺟ

ﻯ ﺍ 1٣

860 cùng 16 10 66 ىا 6 ا 60 و 6 1 و 0 6 ا glấy - 6uyền p6ù 6 70 > ؤ 1 8 ج 6 ى p6a

loang, s6ng ا 00 ا p6ôi 1٣0 اا ٧ 01 لاا 0 ا 80 ص p6ụ gla 006 ٩٧6 6 ا 61 ج ' 1 ا ٢0 ا 6 ى m6y

xeo gỉấy 1 0 6 1 ل 6 لا ا X 60 , 6 ﺬ ﻟا 6 16666 666 ﻵ glấy 001, 60 60 60 8 0 ج 6 س ếpا

ﺀ

,

١ﻻ

0٠ﺝ٠ﺍﺍ٠ﺍ؛

0٠ﻩﻭ١ﺓﺍ

¥

١9٧ﺍﻻ٠

٠0٠ﺍﻻ

1 ( 00 00

5٧ﻻ

1 hiộ

1

ﻻﺍﺃﺍ

5 ﻑhaﺍ 55 0ﻕ(ﺍﺍ 45-55 9 7 3

ﻩﺓ

5 5ﻕ cứog 55 ( 1ﻕ0ﺍ 45-55 7-8

18 CHƯƠNG 1

1.6 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA BỘT GIẤY VÀ GIẤY

N hững s ả n phẩm thuộc loại giây và bột giấy được biểu th ị đặc điềhi

và được trao đổi trê n cơ sở của những quy ước về tê n gọi cũng như về các quy tr ìn h kiểm tr a đ ánh giá Điều này giúp cho việc trao đổi th ô n g tin

được thông n h ấ t và dễ dàng hơn Trong khuôn k hổ giáo trìn h , chúng tòi

chỉ giới th iệ u m ột sô" thông sô" cơ bản đế đ á n h giá tín h châ"t của bột giấy

và giấy, nội dung chi tiế t của các phương p h áp đ án h giá có th ể tham khảo từ các tà i liệu tro n g hệ thống kiểm đ ịn h chuẩn hóa cua V iệt Nam hay quốc tế.

1.6 1 C ác h ệ k iểm đ ịn h ch u ẩn h ó a tr ê n t h ế g iớ i

Các tổ chức hiệp hội công nghiệp sản xuâ"t bột giây và giấy trê n th ế giới được viết b ằng tiến g Anh và được gọi tê n theo các chữ tắ t, như:

- TAPPI: Technical Association o f the Pulp and Paper Industry (USA؛

- CPPA -TS: Canadian Pulp and Paper Associationy Technical Section

- SCAN: Scadinavian Pulp, Paper and Board T estin g Com m ittee

- ASTM: Am erican Society for T esting a n d M aterials

- BPBIF: B ritish Paper and Board In d u stry Federation

- APPĨTA: Technical Association o f the A u stra lia n and N ew Zealand Pulp and Paper In d u stry

Mỗi tổ chức trê n có hệ kiểrn định riên g , nhưng phổ biến và kh ái

qu át cho ng àn h giây là hệ kiểm định TAPPI và SCAN.

1.6.2 M ục đ íc h v iệ c k iểm tra, đ á n h giá

Để bảo đảm được tín h ổn định cho s ả n xuâ"t và cho sản phẩm , việc kiểm tr a đ án h giá được tiến h àn h ở nhiều p h â n đoạn tro n g quy trìn h

sả n xuâ"t với những mục tiêu cụ th ể khác n hau như: kiểm tr a nguyên liệu, kiểm t r a điều kiện vận hành, kiểm t r a châ"t lượng sản phẩm , kiểm

tr a các sự CO' kỹ th u ậ t hay lượng sả n ph ẩm bị hư hỏng, kiểm tra độ ô

n h iễm môi trường

Trong quá trìn h kiểm tra , yếu tô" đặc b iệ t quan trọ n g là độ ch ín h xác Để có những sai số ở mức th ấ p n h ấ t, các kiểm tr a n ê n được thực

h iện tr ê n cùng m ột th iế t bị, trong thời gian ngắn, bởi cùng m ột người Việc lấy mẫu cũng r ấ t quan trọng, thường n ên lấy nhiều m ẫu để k iể m

tr a độ lặp lại của việc kiểm nghiệm.

GIỚI THIỆU 19

1.6.3 Đ á n h g iá tín h c h ấ t b ộ t giấy

Có nhiều phương p h áp được sừ dụng đề đ ánh giá tín h ch ất bột liên quan đến chất lượng, tín h th ích ứng đôi với các quá trìn h xử lý hay đôi với quá trìn h sử dụng Có th ê xếp các chi tiêu đ ánh giá th à n h hai nhóm chính là nhóm cơ sở và nhóm kỹ thuật.

Các chỉ tiêu đ án h giá thuộc nhóm cơ sờ bao gồm:

- Chiều dài sợi tru n g b ìn h trọng lượng hay sự p hân bố^ sợi (w eighted

average fiber length)

- Độ bền nội tạ i của sợi (intrinsic fiber strength)

- Độ thô ráp của sợi (fiber coarseness)

- Bề m ặt riêng và th ể tích rièng (specific surface and specific volume)

- Độ ch ặ t của tờ giây ướt (luct compactability)

- T ính k h án g lọc (filtration resistance)

- Đ iểm bão hòa của sợi (fiber saturation point)

Các chi tièu đ ánh giá thuộc nhóm kỷ th u ậ t bao gồm:

- Chí sô kappa (kappa num ber)

- Độ nhớt dung dịch xenlulỏ (ceỉìuỉosc solution viscosity)

- Kha n ăn g th o á t nước ỉdrainahiliiy)

- Màu và độ trắ n g (color and brightness)

* Độ sạch (cleanliness)

- T h àn h p h ần sợi theo kích thước <fiber classification)

- T ính n ăng cơ lý của bột: độ khíing đứ t١ độ bục, độ kh án g xé, độ

k h án g gấp

/- C h ỉ 80 k a p p a (chỉ số K)

Đáy là khái niệm dùng với loại bột hóa, cho biết mức độ hòa tan ligin trong quá trìn h nâu hay tẩy tráng bột giấy Nó đặc trưng cho hàm lượng lignin và những c h ấ t không phải là xenlulô bằng cách cho bột giây

p h án ứng với dung dịch perm anganat trong môi trường axit Với những loại bột có hiệu su â t dưới 70 ٤١ ؟ có sự lién quan tuyến tín h giữa chỉ số

k ap p a và hàm lượng ligiìin như:

Lượng ligiun cúa bột Ự7( ) - K 0,Ĩ5

Theo định nghĩa, chi sỏ K là số m ililit dung dịch KMnƠ4 0,1N cần

cho phán ứng oxy hóa 1 gram bột giấv khô tuyệt đối.

20 CHƯƠNG 1

2■ Đ ộ n h ớ t d u n g d ịc h xen lu lô

Cuprietylen điamin hyđroxyt (gọi tắt là CED hay cuen) đứợc xem là dung môi phổ biến nhất cho xenlulỏ vì nó hòa tan nhanh và dung dịch

có độ ổn định cao Nhiều kết quả khảo sát đã khẳng định rằng độ bền cơ

lý của bột giấy sẽ bị ảnh hưởng đáng kể khi mà độ trùng hợp (DP) của xenlulô giảm dưới giá trị tới hạn Việc xác định giá trị này phụ thuộc vào từng loại bột trong từng trường hợp cụ thể Độ nhớt cuen được sử dụng đế kiểm tra quá trình tẩy trắng các loại bột hóa học.

3· A lp h a x e n lu lô (axenỉuỉô)

Đây là thành phần hydrat cacbon có mạch phân tử dài, được định nghĩa là thành phần không tan trong dung dịch kiềm mạnh Việc xác định dược thực hiện bằng cách ngâm bột giấy trong dung dịch kiềm ở nồng độ và nhiệt độ quy định để hòa tan phần hêmixenlulô và mạch xenlulô ngắn Phần hòa tan này được định lượng bằng dung dịch bicromatkali, từ sự khác biệt trọng lượng sè tính được hàm lượng aìpha xenlulô.

4- T ín h c h ấ t v ậ t lý c ủ a bột

Không kể các tính chất hóa học, các tính chất còn lại của bột giây đều được gọi là tính chất vật lý (bao gồm cá chỉ tiêu cơ sở và kỹ thuật) 5- C h iều d à i sỢi

Chiều dài sợi trung bình trọng lượng hay sự phân bố sợi của m ột mảu bột giấy được xác định hoặc bằng phương pháp kính hiển vi, hoặc bằng một rây đặc biệt liên quan độ thoát nước, hoặc bằng phương pháp phân loại sợi qua sàng Đây là nhừng phương pháp cổ điển và cơ bản Trong phương pháp kính hiển v i١ hình ảnh phóng đại của m ột lượng sợi xác định dược chiếu lên một bảng ehia lưới (có khắc vạch đo), tất cả các sợi sẽ được đo và với công cụ toán học sẽ cho ta k ết quả phân bô" chiều dài sợi hay chiều dài sợi trung bình Trong phương pháp dùng rây thoát nước đặc biệt, th iết bị rất đơn giảii, là một vòng bằng thau có mang nhừng thanh được đặt cách đều nhau, đóng vai trò như một m ặt sàng Cho một lượng huyền phù bột xác định chảy qua vòng sàng này và trọng lượng phần sợi được giừ lại trên vòng đặc trưng cho chiều dài trọng lượng sợi (íìber vveigìit length), giá trị này có môl tương quan với chiều dài sợ trung bình Với phương pháp phân loại sỢi qua sàng, huyền phù bột với nồng độ thấp sè được chảy qua hệ thông sàng - thường là năm mặt sàng với độ rây khác nhau, với tôc độ cao Ngày nay những phương pháp đo truyền thống này đã được tha}^ th ế bằng những th iết bị

G tò iT H ỊỆ l 21

dcTa quang học h iệ n dại Ví dit, iná^ phân tích K ajaaiii dựa vàc sự tương

th ich của xeníuio dối với á n h sáng phán cực và không p h â n c^c, từ dó do

số sợl tlieo 144 I.hóm ch ؛ều dài khác nhau Một huyền phu bột cO nồng

độ ^oãng dược đổ vào m ột buồng phân tích nhỏ; huyềr، phu kê' do chảy qua ống m ao quản b ằng thUy tin h dưới tác dộng cUa m ột ỉực hut Sợi sẽ

bị cảu trở khl chảy dọc theo ồ'ng mao quản và dược do b ằng những diot quang Tin hiệu n h ậ n dược sẽ dược p hân tlch bằng bộ vi xử ỉý dể cho k ế t quả chiều dài sợi tru n g bin h và phân bô' kích thước sợi.

Ổ- Độ thoát nước

Độ chn trở cUa lớp dệni sợi doi vOi sự chảy cUa dOng nước là m ột thOng số quan trọ n g liên quan dê'n quá trin h xử ỉý bột giấy và xeo giấy Phương p h ap cổ đ iển dể xác định tin h chất này là "độ tự do tiêu chuẩn

C a n ad a”, CFS - từ chừ C anadian Standard freeness, nhưng cO th ể gọi

theo cách phổ' biê'n hơn la độ th o át nước CFS dược đ ịn h n g h ĩa là số

m ililit nước chảy tíc h tụ từ m ột lỗ th o á t bẻn hOng m ột th iế t bị do chuẩn

hOa cUa huyền phù bột cO nồng độ Q,3c/c 0 20"c NêU nước chảy n h a n h qua lOp dệm sợi, ta nOi bột ''tự do" [free), nẽ'u nước chảy chậm ta nOi bột

"chậm" (slow) "Độ tự do" và ”độ chậm chạp" cO mối quan hệ dối nghịch

.؛hau Phương p h áp do "độ chậm chạp" Schopper - ٠ R iegler (Slow ness

T ester), gọi là độ SR ("SR) hay cOn dược gọi là "độ nghiền", là phương

p háp d an h gia độ th o á t nước dược sử dụng phổ biê'n ở các phOng th i nghiệm châu Ảu Vậy ٧SR và CFS biè'n thiên ngược chiều nhau.

HliiK 1.3: T lu ít bì do CFS H ìn h lÀ : ĩ ìiiểt bị đo ٠ SR

22 CHƯƠNG 1

Độ th o á t nước được sử dụng rộng rãi n h ằm đầnh giá k h ả n ăn g thích ứng của bột giây dôi với quá tr ìn h tạo hình trên m áy xeo ím áy làm giấy) T rong quá trìn h sá n xuất bột cơ học, độ th o á t nước được điều

ch ỉn h th ô n g qua mức tiêu tô n n ă n g lượng n ghiền trong m ột k h o ản g hẹp Đôl với bột hóa, quá trìn h thiiy hóa và chổi hóa là cách can th iệ p chủ yếu đ ể điều ch ỉn h độ th o á t nước th íc h hợp trước khi phôi trộ n vào huyền phù bột Ví dụ k ế t quá khảo s á t đã cho th â y ràn g th à n h p h ần m ịn (trê n

râ y 200 m esh) là nguyên n h â n cơ b án của sự giảm độ th o ạ t nước Đế

đ á n h giá độ th o á t nước của m ột huyền phù bột, có thế dùng phễu đo CSF hoặc ٥SR (H.1.3 và hình 1.4).

7 K h ả n ă n g ngh iền

T ín h c h ấ t quan trọ n g n h ấ t cúa một loại bột giấy là k h ả n ă n g đáp ứng với quá tr ìn h xeo (tạo hình) T ính n àn g này có th ể được điều chỉnh

th ô n g qua quá tr ìn h nghiền bột dưới những điều kiện xác đinh Đ ể kiểm

t r a tương tá c của quá trìn h n g h iền đôi với tín h chát bột giấy, bột sau

n g h iề n sẽ được tạo th à n h tấ m theo điều kiện chuân hóa để đo các tín h

c h ấ t v ậ t lý của bột Quá trìn h n g h iền làm cho tính ch ất sỢi th a y đổi dưới m ột tá c động cơ học và là m ột giai đoạn r â t quan trọng tro n g quy

tr ìn h sả n x u ât giấy Nó làm tă n g độ đàn hồi, độ lien k ế t cho sợi, tuy

n h iê n là quá trìn h tiêu tốn nhiều n ăn g lượng Việc th ă m dò tín h chất

n ày được thực h iên trê n nhừng th iế t bị nghiền ở phòng thí nghiệm và hai loại th iế t bị phô biên n h ấ t ỉà máy nghiền H à Lan (ughiổn Valley) và

m áy n g h iề n P FI như được giới th iệu k h ái quát ờ hình 1.5 và h ìn h 1.6.

H ìn h 1.5: M áy nghiền Hờ Lan H ìn h 1.6: Máy nghiền P F I

GIỚỊ THIỆU 23

M áy n g h iền Hà Lan đà được sử dụng từ rất lâu nhưng do m ột sô^ hạn c h ế nên nó được thay th ê dần bởi niáy ỉighiên PFI Nhược điểm cơ bản ciìa m áy n g h iề n Hà Lan là rấ t khó có dược những k ế t quá đo với tín h lặp lại cao, n h á t là k hi quá trìn h kháo sát được kéo liên tục tro n g thời gian k h á dài bởi vì dao nghiền bị bào inòu dần Máy n g h iề n P F I có

cơ cấu chính là khôi trụ b ằng thép có khắc răng nghiền đ ặ t lệch tâ m với

m ột vòng trụ p h ẳn g (không khắc răng) và huyền phù bột với nồng độ 10% sẽ được chuyến động qua khe hở giữa hai m ặ t h ìn h trụ này Cả hai

m ặ t trụ đều quay nhưng với vận tốc biên khác nhau, tá c động này sin h

ra lực m a s á t giữa các sợi và làm thay đổi tinh ch ấ t bề m ặ t sợi, từ đó liên k ế t xơ sợi cũng thay đổi (cơ chế quá trình nghiền được mô tả chi tiế t hơn tro n g chương 9).

Có rất nhiều loại giảy với Iihừng tính chat, ứng dụng khác nhau và

do vậy can có nhiều phương pháp khác nhau dẽ danh giá chúng Việc do dạc nhưng thông sỏ quan trọ n g nhất, nhằm xác dính k h á n à n g sứ dụng cúa giây phụ thuộc nhiều vào th iế t bị đo và quá trìn h thực hiện phép đo

G iấy có cả hai tín h ch ả t - đàn hồi deo và lìut ám Vì vậy b ất kỳ việc đo đạc nào có liên quan đên sự biên dạng nảu (kháng xé k h án g đứt ) th ì

k ế t quá đo chịu phụ thuộc r ấ t nhiều vào tôc dộ tác dộng lực M ột sô chỉ tiêu quan trọ n g để đ án h giá tín h chái vật lý của giáv được tr ìn h bày ớ

b án g 1.3.

Ì- S ự đ iể u h ò a m ôi trường cho m ẩu k iểm đ ịn h

Tính chất của sản phấm giấy phụ thuộc rất nhiều độ ẩm Giấy lại là một vật iiệu dễ hút ẩra, do vậy đê có những kết quả đo chính xác với độ ỉặp lại cao, mẫu giấy cần đưỢc chuẩn bị trong một trường được chuẩn hóa Theo hệ chuẩn hóa Bắc Mỹ, điều kiện là 23٥c và hàm ẩm tương đối

là 50% Cũng không thể khái quát được những ảnh hưởng của độ ẩm đối với tính châ١ giấy, vì sự thay đổi tính chất giấy còn phụ thuộc vào thành phần sợi, độ nghiền (CSF)١ phụ gia và các xử lý bề m ặt giấy.

2- T ỉnh h a i m ặ t củ a g iấ y

G iấy từ m áy xeo dài có mặt lưới (m ặt áp vào lưới xeo) tương đôi thô

rá p hơn, còn m ặ t trê n thì có cấu trúc ch ặ t hơn, ínịn hơn T ín h hai m ậ t này là do có sự khác nhau về th à n h p hần xơ sợi, m ặ t lưới chứa th à n h

p h ần sợi dài cao hơn, mặt trên chứa th à n h p hần m ịn cao hơn Sự khác

nhau giữa hai bề m ặ t có th ể dược n h ận thấy rO liơn h h i n g âm m ẫu giấy

n h a n h tro n g nước hay trong dung dịch kiềm íoãng rồ؛ sau do th ấ m khô

nO Quá trin h này là m lOng lẻo cấu trUc sợi và là؛n cho b ă n g g؛ấy khó

p h dng hơn khi ٩ ua trụ c cdn láng TUy theo thOng số cần do dạc m à phép

do cần dược thực h iệ n trê n một m ặt hay hai m ặt giâ'y١ ví dụ độ tr ắ n g th i dược do tu' m ặt trè n hoặc tư cả ,hai mặt, cOn độ thồ ráp thi do tư m ặ t lưới.

3· T inh đ ịn h h ư ầ g củ a g iấ y

T rong b ăn g giấy, xơ sợi cO mức độ định hướng cao hơn th eo chiều chạy của m áy xeo T in h định hướng của sợi sẽ dược xem x ét k h i do các tin h c h ấ t v ậ t lý N hư khi do độ kháng xé, kháng kéo và k h á n g gấp, các mầu giấy sẽ dược c ắ t theo cả h a؛ hướng: hướng mẩy chạy (MD) và hướng

n gang (CD) C ần ằ ý rằ n g những đánh g؛a về tinh đ ịn h hương sẽ tương

ứng với lực tá c dụng, chứ không ph a؛ tương ưng vơi hướng cUa quá tr in h pha mẫu T rong k iểm tra độ kháng xé Elmendorf lực tá c dụng và sự pha hUy m ẫu là cUng hướng, nhưng troiíg kiê’m tra về độ k h á n g kéo và độ

k h a n g gấp th i cO sự -pha mẩu ơ gOc phải cUa tực tac dụng Độ b ền kéo và bền gấp lớn hơn tro n g hướng chạy máy MD, t.rong k hi độ b ền xé của hướng CD lại lớn hơn Tí số độ kháng ỉ Lie theo hướng MD/CD k h o ản g 1,5-2 dối vơ؛ m áy xeo dai và khoảng 5 dối với máy xeo trOn.

Dựa vào chê' độ chảy, áp lực trong thUng dầu và độ dồng dều của môi phun, sẽ cứ n h ữ n g th a y dổi tương ứng dỏ'i với qua trin h tạ o h ìn h hay dối với sự định hướng cUa xơ sợi trong bâng g؛a'y N hững th a y đổi này sẽ càng rõ khi cO sự khOng dồng dều cLÌa ứng suất ép, cUa sự th o á t nước, hoặc cUa quá tr in h sấy CUng tương dối dể nhận biết hướng MD h ay CD cUa m ẫu giấy khi th ấ m ướt nO Khi thấm ướt, lĩiảu giấy luOn luOn bị uốn

cong lạ ؛ và trụ c uốn sẽ theo hướng chạy mấy lloặc các b ăn g giấy dược

c ắ t dể do th i ta n h ậ n thâ'y mẩu cát theo chiều MD sẽ cứng hơn H oặc cO

th ể n.hận đ ịn h n h a n h b ằn g thử xé bằng tay, theo chiều MD sẽ dễ xé hơn theo chiều CD.

4- ĐánH g i á cá c tin h c h á t cật 1آل

Các tin h chất vật lý cUa giâ'y dược chia lầm bốn nhóm (xem bảrĩg 1.3) la

- T inh c h ấ t cơ học và độ k háng lực

- T in h c h ấ t bề m ậ t (độ thô ráp, độ n h ẩn , độ khô'i)

- T in h chất' quang hpc (độ trắn g , độ che phU, )

- T inh thâ'm (khi, dổu, nưức ,)

đ ịn h k h á c n hau, ví dụ giấy gói bơ th ì p h ải có h àm lượng đồng dưới 3ppm , s ấ t dưới 6ppm , vì tr ê n mức này bơ sè dễ bị ôi.

6- Ả n h h ư ở n g củ a q u ả tr ìn h lã o h ỏ a m ẫu

Các tín h c h â t v ậ t lý và hóa học của các s ả n p h ẩm giấy sè th a y đổi tro n g quá tr ìn h lão hóa m ầu, hay có th ể hiểu là quá trìn h bảo quản hay

sử d ụ n g thực tế Đ ể có th ể đ á n h giá được tín h b ền sả n phẩm giấy, người

ta tiế n h à n h các kiểm tr a tro n g n h ữ n g th iế t bị cho p h ép tạ o sự lâo hóa

tá n g tô'c (lão hó a cưỡng bức) Các điều k iện cưỡng bức này có th ể khồng giống điều k iệ n thự c tê như ng phương pháp n ày cho phép đ á n h giá một cách tương đối độ b ền các sản phẩm giấy Cách phố biến là cho m ẫu chịu

tá c k íc h ở n h iệ t độ 105.C, với n hữ ng thời gian k h ác nhau tùy theo tính

c h â t cần k h ảo sá t Ví dụ đé đo độ h ồ i m àu (giảm độ trắ n g ) bột giây th ì

th ờ i g ia n ớ n h iệ t độ n ày là 4 giờ (TA PPl SM-200) Độ bền gáp được xem

là th ô n g số n h ậ y với môi trư ờ ng n h iều hơn so với các th ô n g khác, do

vậy người ta hay k h ảo s á t á n h hưởng của n h iệ t độ ảốì với độ bền gâp.

8‘ T ự đ ộ n g h ó a quy tr ìn h đ ả n h g i ả tỉn h c h ấ t b ộ t g iấ y v à g iấ y

Từ n hữ ng n á m 1980, các cơ câu đo lường tự động hóa b ắ t đầu được đưa vào sử dụng tro n g n g à n h giây Thường là n hữ ng th iế t bị k iểm tr a

tạ i chỗ -tức Ih được bô" t r í ngay tr ê n m áy xeo, cho p h ép k iểm tr a đ ịn h lượng giấy, độ ẩm , độ dầy các bộ p h ậ n cảm ứng được sử dụng để đo độ trắ n g , m àu, độ bóng, độ p h ăn g , độ tro, trọ n g lượng lớp p h â n tr á n g và đặc điểm tạ o hình, Xu th ế h iệ n nay là các th iế t bị kiểm tr a châ"t lượng

tạ i chỗ (QCS quaỉity control System) sẽ ngày càng p h á t triể n để th a y

m ột s ố n h à m áy h iệ n đại ngày nay mức độ mùi hôi chỉ còn b ằ n g k h o ản g 10% so với cách đây 25 năm Tuy nhiên, trờ ngại lớn là các khí sulfua dù nồng độ chỉ ở mức 10'^ vẫn gây mùi r ấ t m ạnh Một số phương p h á p nâu bột su lfat b iến tín h đã th ế hiện được tín h ưu việt và được áp dụng.

M ột p h á t tr iể n thú vị trong công nghệ san xuất bột hóa là phương

p h á p nấu có dung môi {organosolv process), như dùng etan o ỉ đ ể hò a ta n lignin T ín h k h ả th i của phương pháp này đã dươc k h a n g đ ịn h ở m ộ t sổ

n h à m áy có n à n g su â t 300 tá.n/ngàỵ sứ dụng loại gỗ cứng T ín h châT bột tương đương với bột sulfat và có kha năng dề tày trắ n g hơn Sau đó dung môi được th u hồi từ dịch nâd, còn lignin, fufural và đường có th ể sử dụng cho công n ghiệp hóa chất Tuy nhiên, phương pháp n à y chỉ th íc h hợp cho n h à m áy có n ă n g suá١ nhỏ (dưới 300 tấn/ngày).

N hìn chung, lĩn h vực có mức độ p h át triôn n h a n h n h á t là b ộ t cơ học B ằng m ột số cải tiế n , những loại bột hiệu suất cao n ày có th ể được

th a y th ế m ột p h ầ n cho bột hóa học trong một số sản p h ẩm - n h ư bột hóa

cơ hay hóa n h iệ t cơ có th ế thay thê một phần cho bột hóa Tuy n h iê n , điếm h ạ n ch ế cơ bán là chưa ngán chận được hiện tượng hồi m àu quá

n h a n h của loại bột này.

1.8 SO SÁNH TÍNH CHẤT BỘT VÀ ỨNG DỤNG

T ín h c h á t của sả n phẩm giấy không những phụ thuộc vào nguyên liệu gỗ, pÌỊƯơng p h áp sán xuá١ bột, mà còn phu thuộc n h ữ n g xử lý bố sung n hư quá tr ìn h tẩ y trắ n g , nghiên, sấy.

N hững tín h c h ấ t quan trọng quy định chất lượng sợi và k h ả n ă n g

đ áp ứng cho việc sả n xuâ't giấy là

- Chiều dài sợi

- Tỉ trọ n g và độ thô rá p của sợi

- Độ bền sỢi

- Tổn thương v ậ t lý của sợi

- Tổn thương hóa học của mạch xenlulô

- B ản c h ấ t và sự p h â n bô^ cúa lignin

- B ản ch ấ t và sự p h a n bô" của hêmixenlulô

Các ả n h hưởng cda quá trìn h sản xuâ١ bột đôi với c h â t lượng xơ sợi

28 CHƯƠNG 1

sẽ lần lượt được dề cập trong những phần sau.

Trong thực tế, bột giấy sử dụng để sản xuất các sản phẩm giấy có

th ể ở dạng ướt (như những huyền phù bột có nồng độ cao) nếu như bột

và giấy cùng được sản xuất trong một nhà máy Hoặc cũng có th ể bột ở dạng khô (độ ẩm <10%) nếu như nhà máy sử dụng bột thương phẩm mua

từ những nơi khác Trong trường hợp bột giấy đã qua sấy trước khi đem làm giấy, sẽ có những thay đổi đáng kể đôi với một số tính chất do có sự hình thành những liên kết có tính chất bất thuận nghịch Sợi trơ nên cứng hơn, chắc hơn nhưng khả năng trương trong nước và tạo liê n kết giữa các sợi với nhau sẽ kém hơn Giây làm từ bột đã qua sấy, do vậy có

độ khôi lớn hơn nhưng có độ kháng đứt và độ bục thấp hơn so với giấy làm từ bột chưa qua sấy lần nào.

Bột sulíat gỗ mềm cho phép sản xuất loại bột giấy có độ bền cao và được sử dụng trong những sản phẩm chịu lực, ví dụ các bao bì chịu tải trọng lớn (bao xi máng) Bột sulfat tẩy trắng được thêm vào các loại giấy

in báo hay in tạp chí để cải thiện độ bền nhằm đáp ứng được công nghệ

in trên những máy tô"c độ cao Loại bột hóa tẩy trắng cũng được sử dụng làm giấy vệ sinh và bao bì thực phẩm.

Bột sulíìt được sử dụng trong các loại giấy in màu và photocopy, giấy viết Đây là những loại giấy chỉ cần độ bền vừa phải nhưng có khả năng tạo hình rất tốt.

Bột sođa và sulfat gỗ cứng thì thường được thêm vào thành phần giấy để cải thiện sự tạo hình và độ che phủ Giấy tráng bóng và giấy vệ sinh cũng sử dụng một lượng lớn bột sulíìt để cải thiện độ mềm, độ khôi

và độ hấp phụ.

Bột cơ học được sử dụng chủ yếu trong các loại giấy in báo, in tạp chí có lứp phấn tráng Bột cơ cải tiến đã làm táng th ị trường tiêu thụ cho loại bột hiệu suất cao này, được sử dụng trong thành phần nhiều loại

sản phẩm giấy như giấy vệ sinh, giấy dạng bông {fỉuff), giấy đ ế làm giấy

tráng, bao gói thực phẩm.

KẾT LUẬN

Giấy là một loại hàng hóa rất gần gũi và có nhiều ứng dụng trong đời sô"ng xã hội Đây là một composit chứa hai thành phần cơ bản là bột giấy và phụ gia Bột giấy được sản xuất từ gỗ (hay từ một sô^ thực v ậ t thích hợp) bằng hai phương pháp cơ bản là phương pháp hóa học và cơ học Đ ể có th ể tham gia ổn định quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm giấy, cần nắm được các phương pháp đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm của ngành.

Chương 2

THÀNH PHẦN VÀ TÌNH CHAT

CỦA GỖ

2.1 GIỚI THIỆU

Các cây có h ạ t sông iâu năm , được phân loại (một cách thương m ại)

th à n h hai loại là gỗ mềm (gymnosperms) và gỗ cứng (angiosperm s hay dicotyledonous angiosperm s) Gỗ mềm còn được gọi là gỗ lá kim hay cây

h ạ t tr ầ n - h ạ t của nó nằm trong quả và không được bao phủ Gỗ cứng còn gọi là gỗ lá rộng hay cây h ạ t kín - các h ạ t được che phủ bên trong hoa Tuy n h iên , tê n gọi này không liên quan hoàn to àn với độ cứng của

gỗ, tùy theo tỉ trọ n g có vài loại gỗ mềm k h á cứng cũng n h ư có vài loại gỗ cứng lại k h á m ềm Một sự p h ân loại khác được dựa vào k h ả n ă n g giữ lá

d ạng h ìn h kim của cây gỗ mềm (lá mới có th ể được giữ tro n g nhiều nám ), tro n g khi lá gỗ cứng th ì rụng mồi mùa thu (cuôì m ùa tá n g trưởng)

T rê n th ế giới, rừng gỗ mềm chiếm khoảm g 35% còn rừng gỗ cứng chiếm

khoảng 65%.

P h ầ n cấu trú c chinh của cây bao gồm th á n , ngọn, cành, rễ, vỏ cây

và bộ lá Trong những p h ần này, chỉ có th â n c^y sau khi được bóc vỏ là được sử dụng để làm bột giấy Một cách tổng quát, gỗ là loại v ậ t liệu không đồng n h â t - về k ế t cấu, tín h chất vật lý ١ tín h ch ấ t hóa học, nó có

k h ả n ăn g bị p hân hủy dưới tác kích của nấm , vi sin h v ậ t và n h iệ t Gỗ được xây dựng từ nhiều loại tế bào, đảm n h ận nhiều chức n ă n g như tạo

độ vững chắc cơ học cho cây, vận chuyển nước (gần m ột nửa khôi lượng cây là nước) và tra o đổi chất Kết cấu của gỗ là đặc tín h cơ bản cho nhiều loại gỗ cứng và gỗ mềm, liên quan những thông số như loại các t ế bào gỗ, h àm lượng của chúng và sự sắp xếp khác nhau tro n g các loại gỗ

k h ác nhau.

Về m ặ t hóa học, các t ế bào gỗ không có tín h đồng n h ấ t Chung được xây dựng từ m ạng cao p hân tử của những "thành p h ần cấu trúc" như:

h y d ra t cacbon (cơ bản là polysaccarit gồm xenlulô và hêm ixenlulô) và

lignin N hững chất cao p h ân tử này được p hân bố m ột cách không đồng

đều tro n g lớp tường tế bào gỗ và mật độ phân bố này k hác n hau giữa nhừng p h ần khác nhau của cây Còn những th à n h p hần không có thuộc

30 CHƯƠNG 1

tính 'cấu trúc" - như các chất dề trích ly, các chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước, chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ, chúng được câu thành từ những chất thấp phân tử và tập trung chủ yếu ở phía ngoài tường t ế bào Ngoài ra, trong cây còn có những hợp chât có chứa nitơ ở hàm lượng vết, như protein, alkaloid, chúng hiện diện trong t ế bào gỗ.

Gỗ mềm và gỗ cứng được phân bô^ rộng trên trái đất, từ vùng nhiệt đới đến vùng cực giá rét Có khoảng 1000 loại gỗ mềm, trong khi có đến 30.000-35.000 loại gỗ cứng Tuy nhiên, chỉ có một phần nhỏ các loại gỗ này là được sử dụng phố biến vì sự khai thác rộng rãi của'các rừng nhiệt đới ở Bắc Mỹ, trong tự nhiên có khoảng 1.200 loại, nhưng chỉ có khoảng 100 loại có ứng dụng thương mại quan trọng, ở châu Âu, con số này là 100 và 20 Rõ ràng là gỗ có câu trúc và tính chat hóa học rất đặc thù để được sử dụng trong nhiều lỉnh vực Do vậy, để có th ể có được những chọn lựa thích hợp nguyên liệu gỗ cho từng sử dụng, những hiểu biết về câu trúc và thành phần hóa học của gỗ có một vai trò quan trọng Nội dung của chương này liên quan đến gỗ nguyên liệu sử dụng cho công nghiệp giấy.

2.2.1 C ấu tr ú c v ĩ m ô

0.3 mm

i 8 ỉ í

H ìn h 2,1: Mô gỗ chứa chủ yếu cấc tế bào chết có h ìn h th o n d à i

được sắp xếp theo chiều dọc của th â n cây

THANH PHẤN VÀ TÍNH CHẤT CỦA Gỏ 31

Khi quan s á t b ằn g m ắt trần , không có sự hỗ trợ của b ấ t kỳ inột dụng cự quang học nào, không chí tháy được sự khác nhau giữa các loại

gỗ, nh ư giữa gỗ m ềm và gỗ cứng, mà còn th ấv được sự k h ác nhau về m ột

sô thuộc tín h bên tro n g mẫu gỗ Tất cả những khác nhau này là do sự

p h á t triể n và tă n g trư ởng khác nhau cua mẫu gỗ T rong gỗ mềm, t ế bào

có tín h c h á t sợi gọi là "tracheid" Còn trong gỗ cứng, tín h c h ấ t vĩ mô này được p h ả n ả n h qua sự đ a dạng và sự p h ân bô" của nhiều loại tế bào khác nhau n hư sợi, ô"ng dân (lỗ xô"p) và tế bào nhu mô ơ trạ n g th á i hoàn to àn trưởng th à n h , p h ầ n lớn những tế bào của loại gỗ cứng và cả

gỗ mềm là các t ế bào chết và rỗng, các mô sinh ra sẻ chứa chủ yếu là tường tế bào và lỗ trô n g - đó là phần rỗng bên trong t ế bào hay còn gọi

là tâm rỗng H ìn h 2.1 m inh họa khái quát sự khác b iệ t giữa gỗ m ềm và

gỗ cứng.

1- M ặt cắt ngang

H ìn h 2,2: M ặt cắt ngang của thân gỗ thông trưởng thành

T âm rỗng (a), gỗ lõi (h), gỗ ngoài hay gẵ bần (c), vỏ trong hay lớp vỏ xốp (d), vỏ ngoài (e), tầ n g p h á t sinh hay cam bium (f), ống d ẫ n th ứ cấp - secondary ray (g), ống dẫ n sơ cấp - prim ary ray (h) và vòng tăng trưởng

là nhữ ng vòng tròn đồng tâm

M ặt cắt n g an g th â n gỗ cho thấy câh triic vĩ mô của th â n gỗ và vỏ cây (H.2.2) Ngoài n hữ ng đặc trưng đă nêu, gỗ mềm còn có chứa những ông dẫn nhựa th ẳ n g đứng hoặc nằm ngang Vì gỗ là m ột v ậ t liệu không đôi xứng, không đồng n h â t, nên sự khíic nhau về cấu trú c t ế bào của chúng chỉ có th ể th ấ y được khi quan s á t cấu trúc tro n g nhừng hướng

k h ác nhau Có ba loại m ặ t c ắ t được sử dụng trong k h ảo s á t cấu trúc của

gỗ là m ặ t cắt ngang, m ặ t cắt tiếp tuyến, m ặ t cắt b á n kính Cấu trúc

k h á i quát của gỗ được m in h họa ở hình 2.3.

Vỏ cây bao gồm h ai lớp - lớp vỏ tro n g và lớp vỏ ngoài Lớp vỏ xôp

m ỏng bên tro n g chứa t ế bào sống, còn lớp vỏ ngoài chứa các t ế bào chết (lớp vỏ ngoài trước đây củng là một phần của lớp vò trong) Vai trò của

32 CHƯƠNG 2

lớp vỏ ngoài là bảo vệ cây trước nhữ ng tác kích cơ học và của vi sinh vật Cấu trú c của lớp vỏ ngoài là điểm đặc trư n g cho mỗi loại cáy.

P h ầ n gỗ p h ía ngoài có màu sán g của gỗ trư ởng th à n h gọi là gồ bần

"sapxvood" Nó có vai trò đờ cho to àn câu trúc, như là nơi chứa thứ c ăn

và v ận chuyển nước từ rễ tới bộ lá của cây Mặc dù p h ần lớn những tế bào ở lớp gỗ b ần này đã chết, nó vẫn còn chứa m ột ít t ế bào sông (chỉ là

n h ữ ng t ế bào n h u mô parenchym a) Do vậy lớp gỗ bần có h o ạ t tín h sinh

lý P h ầ n bên tro n g của gỗ có m àu sẫm hơn, là p h ầ n gỗ lõi không cổ hoạt tín h v ậ t lý, nó có th ể có mùi k h ác biệt, có h àm ẩm th ấ p hơn, tỉ trọng cao hơn so với lớp gỗ bần Gỗ loi chứa t ế bào c h ế t n ên sẽ không nhận

m ột p h ầ n nước h a y c h ấ t dinh dưỡng nào, nó có vai trò cơ b ản là khung

đỡ K hi có n hữ ng vùng màu tôi, đó là do sự tiề m ẩn của nhữ ng hợp chất

n h ự a hữu cơ, nhữ ng phênol bị oxy hó a hoặc n h ữ ng phẩm m àu tro n g các

lỗ hổng và tro n g tường t ế bào Ngoài ra, tro n g sỗ này có th ể có những

c h ấ t có độc tín h đôi với những th à n h p h ần gây mục rữa và do vậy sẽ làm tă n g tín h k h á n g mục cho gỗ lỏi Tuy n h iê n , sự h iệ n diện của nhừng

th à n h p h ầ n này sẽ làm cho dịch nấu (trong quá trìn h sản xuât bột)

th ẩ m th â u qua gỗ lõi khó k h án hơn là qua gỗ bần Sự h ìn h th à n h gỗ lõi

b ắ t đầu ở m ột độ tuổi nào đó tùy theo loại cây (ví dụ kho ản g 15-20 năm

đôl với gổ th ô n g m iền Nam Mỹ) và tỉ lệ cùa nó tro n g th â n cây lớn dần khi cây càng p h á t triển Có loại gỗ chứa chủ yếu là gỗ lõi tro n g khi có loại chỉ chứa m ột p h ầ n nhỏ.

'.Cambium" hay tầ n g p h á t triể n là lớp m ỏng của mô chứa nhừng tê bào sông n ằm giữa vỏ cáy và th â n cây, nơi d iễn ra sự tă n g trương của cây H àn g nám , nó sin h ra một lớp mới cho th â n cây và sự bổ sung phẩn

gỗ mới này được gọi là vòng tă n g trưởng hay vòng n ăm tuổi ciia cây

N hư vậy to àn bộ cây, cành, rể được tổ chức theo những vòng tă n g trưởng đồng tâm Có th ể tín h tuổi của cây từ tổng số vòng tá n g trưởng tại phần gốc của cây Tôc độ p h á t triển phụ thuộc vào mùa P h ầ n có màu sáng

hơn của vòng tă n g trường, gọi là gỗ đầu m ùa (springivood) được sin h ra

tro n g giai đoạn đầu cúa mùa tă n g trưởng, cây p h á t triể n n h an h Còn

vùng có m àu tối hơn, gọi là gổ cuối m ùa {summeriuood) th ì được sin h ra

ở giai đoạn sau, cây p h át triẻ n chậm hơn Từ sự khác nhau về màu sắc gây ra bởi sự th a y đổi về cáu trúc của gỗ đầu m ùa và cuối mùa, việc

n h ậ n b iế t các vòng tă n g trưởng cũng k h á dễ dàng T rong vùng ỏn đới, quá trìn h tá n g trư ớ n g của cáy chỉ diễn ra vài th á n g tro n g nám , thường

tă n g trưởng, tuy n h iê n các vòng này khó nhận biết.

Khó có th ế n h ậ n b iết t ấ t cả các tế bào cua th â n cây b ằn g m ắt

Vỏ tron g {lớp xốp) Táng phát sinh (cambium)

Gỗ ngc.ài (gỗ bần)

Gỗ ٤ ổi

- ٥ ٢٥ ng óng dẫn Vỏng tàng trưởng

Mặt tiếp tuyến

H ìn h 2 ؟; Mặt cất khác nhau cuu

th â n cáy (phương ngang, phương

hán kính, phương tiếp tuyến ٠

/ - é bào ổng

Gỗ đáu mua Vòng tàng truỏng

Gỗ CUỐI mua

Óng dẫn

thường, m à cần có sự phóng đại Khi bắt đầu sự tá n g trưởng, cây cần có

m ộ t hệ thông vận chuyển nước hiệu quả Vì ìý do này m à các t ế bào gồ đầu mùa có diện tích m ặt cắt ngang rộng, tường tế bào mòng, p h ần tâm

rỗng T ế bào gỗ cuối mùa có tiế t diện mặt cắt ngang nh ỏ hơn, tường tế

bào dầy hơn và p h ần tâm rỗng hẹp hơn (H.2.4 và 2.5) Tường t ế bào dầy

sẽ củng cố độ bền cơ lý cho cây và phần tủy nhỏ cho th â y m ột quá trìn h

34 CHƯƠNG 2

vận chuyến ch ấ t kém hiệu quả hơn N hữ ng k h ác n h au về k ế t câu này được p h ản ản h qua tỉ trọ n g gỗ cuôl m ùa cao hơn ti trọ n g gỗ đầu m ùa và điều này cũng gây ra những khác nhau cho đặc tín h của bột giấy cuối cùng Đường phân cách giữa gỗ đầu m ùa và cuôi m ùa th a y đổi, nó có thê

múa

·ì|ijĩ» Ã ^

■ J4J٠J

H ìn h 2,4: Mặt cát ngang m ẩu gỗ

tù n g (fir) cho thấy sự kh á c biệt

giữa gỗ đậu mừa và cuối m ùa

H ìn h 2.5: M ặt cắt ngang m ẫu gỗ tuyết

tù n g đỏ (redcedar) cho th ấ y các vòng tăng trưởng, gỗ đ ẩ u m ù a và cuối mùa

r ấ t rõ tro n g loại th ò n g rụ n g lá (larch) hoặc gần n h ư k h ô n g tồ n tạ i đối với loại bu-lò١ dương, sồi T rong loại gỗ m ềm , với sự tồn tạ i của nhủ.ng

tổ chức tê bào sợi ”tracheid" h ìn h thon dài, có th ể p h â n b iệ t k h á dễ gỗ đầu m ùa và gổ cuối m ùa và thường th ì vùng gỗ cuối m ùa r â t hẹp Bề rộng của các vòng tá n g trư ởng th a y đổi đ án g kể, phụ thuộc vào loại cây

và điều k iện tă n g trướng, ví dụ gỗ th ô n g Scots ở Bắc Àu, con số này từ 0,1 -lOmm Tương tự, tỉ lệ gỗ cuôi m ùa cũng thay đổi r á t nhiều, như điên

h ìn h cho gỗ mềm ở Bấc Âu là 15-40% T rong trường hợp của gỗ cứng, vùng gỗ đầu m ùa và cuôì m ùa khó p h â n b iệ t hơn, đó là do sự h iện diện của những ống dẩn hay lỗ xôp T rong m ột sô^ loại gỗ cứng nh ư sồi, tầ n

bì, du , hệ thông ô.ng d ẫn rộ n g được tậ p tru n g tại đoạn đầu của các vòng

tá n g trưởng, còn các ống dẫn nhỏ được tìm th ấ y tro n g p h ầ n gỗ cuôl mùa

N hững loại này được gọi là gỗ cứng có "vòng xốp" M ặt khác, trong những loại gỗ cứng có "vòng khuếch tán" như bu-lô, bạch đàn bạch dương , hệ thống ống dẫn có kích thước k h á đồng nhâ١ và được phân

tá n đều trên vòng tă n g trướng Và do câu trúc đồng đều hơn, thường sè khó k h ăn hơn đề p h ân b iệt từng vòng tá n g trưởng tro n g loại gỗ cứng

"khuếch tán-xốp" này.

T h ân gỗ có chứa các ôhg dẫn n ằm ngang (ray) và chúng kéo dài từ lớp vỏ ngoài hoặc tới p h ầ n tâ m rỗ n g (gọi là ôhg dẫn sơ cấp) hoặc tới m ột

vá g ồ thO ng (0) tế b á o n h u m ồ Ong d ả r؛ g ỗ v ầ n s a m ' (f) và g ỗ thOng (g ) ٠: ra y tra c h e td , ٠٠: ray

THÀNH PHẨN VẢ TỈNH CHAT CỦA Gỗ 39

Các t ế bào nhu mô {parenchyma) được sắp xếp theo phương ngang

hoặc th ẳ n g đứng Sự tồn trữ và vận chuyển của quá tr ìn h đồng hóa diễn

ra bên tro n g các tế bào nhu mô và đòi với tâ t cả các loại gỗ mềm các tế bào này (được sắp xếp trong các sọc} địn h hướng theo phương bán kính

và được gọi là các " tế bào nhu mỏ sọc" (tế bào nhu mô ngang - horizontal

parenchym a cells) C hỉ có vài loại gỗ m ềm là có chứa m ột lượng đ áng kể

tế bào nhu mò sọc Bề rộng của một sọc thường tương ứng với một tế bào Hình 2.9 mô tả cách sắp xếp kliái quát của các tế bào trong loại gỗ mềm.

{cedar) C ò n t r o n g g ỗ t h ô n g {pine), v á n s a m {spruce), t h ô n g r ụ n g l á

{larch), t h ô n g h o a c ờ {Douglas fir) th ì h ệ t h ô n g d ẫ n n h ự a l à m ộ t t ồ n t ạ i

H ìn h 2,10: Các loại tế bào cơ bản của gỗ cứng

T ế b à o ố n g cơ s ở {vessel element) g ỗ b u -lô (a ) v à g ỗ d ư ơ n g (c), g ỗ đ ầ u

m ù a c ủ a s ồ i (d ), g ỗ c u ố i m ù a c ủ a sồ i (e ), t ế b à o ô n g g ỗ b u -lô (b ), t ế b à o

n h u m ô d ọ c c ủ a gỗ s ồ i (f), t ế b à o n h u m ô ô"ng d ẫ n g ỗ b u -lô (g), t ế b à o s ợ i

t r a c h e i d c ù a s ồ i (h ) v à b u -lô (i), t ế b à o s ợ i "libriform" c ủ a b u -lô (j)

THANH PHAN VA TINH CHAT CUA g6 41

t r e n c a y M o t t e b a o b u g c6 t h e d a i v a i m e t v a b a o go m m o t c h u d i c a c t e b a o

o n g CO s o t h ^ g d ih ig d o o c n d i ddi d a u vdi iih a u (H 2 1 3 ) T r u n g b i n h , s o t e

b ao i ih u m o t r o n g g 6 cuing cao h a n tr o n g gd rn em va t i t d o go a h i g c6 cac

d n g d ^ n r p n g h o n (1 -5 0 t e b a o ), th e tic h o n g d a n cao ho 'n (d a c b i e t d d i vcfi

go cufng u h i e t d d i) H a i lo a i co b a n l a te b ao n h u m o o n g d a n (ray parenchyma cell) v a t e b a o n h u m o doc (longitudinal parenchyma cell) D a c

t r i m g la b e r o n g c u a o n g d i n (ra y ) th a y doi th e o phufong t i e p t u y e n v a

k h o n g CO c a c t e b a o s o i d n g d i n (ra y tr a c h e id ) M a c d u g5 e d n g chufa r a t i t cac t d b a o n h u m o d o c , n h u n g io a i g6 ciia rufng n h i e t d di t h i t h a n h p h a n n a y c6 t h e cao G o e d n g n h i e t d d i c o n c6 th e c h d a r a n h dm i n h u a t h i n g d iln g v a

H i n h 2 1 3 ; H i n h c h i e u th e o b a m a t c i t ( m a t n g a n g ) , m a t b a n k i n h ( R)١ m a t t i d p t u y e n (T ) c u a gd e d n g lo a i k h u e c h t a n x d p ٠ c h o t h a y s d

h i n h t h a n h c a c t e b a o o n g t d c a c t e b ^ o d n g co s d (E )

T h u c t e b o t g i a y t d g d e d n g do o c s d d u n g t r o n g t h a n h p h a n n h i d u

lo a i g ia y in h o n l a b o t t d g d m e m H a m iiro n g c a c t e b a o n h u m o c iia gd

e d n g c a o h o n l a m c h o h a m lo o n g t h a n h p h a n m in t r o n g b o t g i a y t d gd

42 CHƯƠNa2

c ứ n g c a o h ơ n Đ â y là y ế u t ố có lợ i đối v ớ i m ộ t v à i t í n h c h â t c ủ a g iâ y

( n h ư đ ộ đ ụ c ) n h ư n g có t h ế k h ô n g có lợ i t r o n g m ộ t sô t r ư ờ n g h ợ p k h á c ( n h ư đ ộ t h o á t n ư ớ c , h a y t í n h n ă n g cơ lý) C h o n ê n t ù y v à o từ n g ứ n g d ụ n g

p = tường sư cấp, s = tường thứ cấp.