Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình bảo quản dăm mảnh nguyên liệu giấy

Tuy nhiên, ngoài thành phần chính có hàm lượng lớn đáng quan tâm trong gỗ như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, thì các thành phần hóa học khác như các chất trích ly bằng dung môi hữu cơ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu trong luận

văn là trung thực, các bước thực nghiệm được tiến hành một cách nghiêm túc trong quá trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu nào khoa học nào, các tư

liệu tham khảo đều được sự đồng ý của các tác giả

Học viên

NGÔ THỊ DUYÊN

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Quang Diễn, người đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt Luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, giúp đỡ về mọi mặt của các Thầy Cô giáo, cán bộ của Viện Kỹ thuật Hoá học, Viện Đào tạo sau đại học, các Quí Phòng ban chức năng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của Ban Giám hiệu, Các Quí Phòng ban, Khoa công nghệ sản xuất bột giấy và giấy, Trường Cao đẳng nghề Công nghệ giấy và Cơ điện,

đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập

Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã chia sẻ những khó khăn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành chương trình học tập của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Học viên

NGÔ THỊ DUYÊN

1.2 Sự biến đổi và ảnh hưởng của các chất trích ly trong quá trình sản xuất

1.4 Ảnh hưởng của nhựa cây đến quá trình sản xuất tại một số nhà máy bột

2.1 Nguyên liệu và phương pháp lấy mẫu nguyên liệu 21

2.2 Phương pháp bảo quản nguyên liệu trên sân bãi 21

2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu 22

2.4.2 Xác định độ tro của gỗ bằng phương pháp đốt 22 2.4.3 Xác định hàm lượng các chất trích ly bằng axeton 23 2.4.4 Xác định hàm lượng các chất tan trong nước lạnh 24 2.4.5 Xác định hàm lượng các chất tan trong nước nóng 25 2.4.6 Xác định hàm lượng xenluloza trong gỗ theo phương pháp Kursner 25 2.4.7 Xác định hàm lượng lignin theo phương pháp biến tính Komarov 26

2.4.8 Xác định hàm lượng pentozan theo phương pháp Bromua – bromat biến

2.4.9 Xác định hàm lượng chất tan trong dung dịch NaOH 1 % 27 2.5 Phương pháp phân tích thành phần các chất trích ly 29

3.1 Thành phần hóa học cơ bản của gỗ keo tai tượng và bạch đàn urô 30 3.2 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản

3.2.1 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản

3.2.2 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản

3.2.3 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản

3.3 Sự biến đổi về thành phần của các chất trích ly trong nguyên liệu trong

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa trong bạch

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của gỗ keo tai tượng và bạch đàn urô, khai

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp hàm lượng các chất trích ly trong axeton của gỗ keo

Bảng 3.3 Thành phần của các chất trích ly của nguyên liệu gỗ bạch đàn 45 Bảng 3.4 Thành phần của các chất trích ly của nguyên liệu gỗ keo 46

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc hoá học của axit nhựa có trong kênh dẫn nhựa gỗ lá kim 6 Hình 1.2 Một số diterpenoit có trong các kênh dẫn nhựa gỗ lá kim 7 Hình 1.3 Thành phần hoá học của nhựa trong các tế bào nhu mô gỗ lá kim 7 Hình 1.4 Cấu trúc hoá học một số chất thành phần của nhựa gỗ cứng 8 Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly

Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly

Hình 3.7 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 5 tuổi

Hình 3.8 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 5 tuổi sau

Hình 3.9 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 6 tuổi

Hình 3.10 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 6 tuổi

Hình 3.11 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 7 tuổi trước bảo quản

42

Hình 3.12 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 7 tuổi

Hình 3.13 Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ keo 5 tuổi trước

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam hiện nay bột giấy và giấy chủ yếu được sản xuất từ hai loại nguyên liệu chính là gỗ keo và gỗ bạch đàn Tuy nhiên, ngoài thành phần chính có hàm lượng lớn đáng quan tâm trong gỗ như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, thì các thành phần hóa học khác như các chất trích ly bằng dung môi hữu cơ, tuy có hàm lượng thấp hơn (chỉ chiếm khoảng 2-3%), nhưng có ảnh hưởng bất lợi tới quá trình sản xuất bột giấy và chất lượng bột giấy thu được, đặc biệt là khi sản xuất bột cơ Như đã biết, các chất trích ly là nhóm chất có thành phần hóa học đa dạng nhất, bao gồm hầu hết các nhóm chất hữu cơ có trong tự nhiên Chúng là nguồn gốc của một loạt các hiện tượng bất lợi trong suốt quá trình sản xuất, như kết bám trên bề mặt thiết bị, cản trở quá trình vận hành và ảnh hưởng xấu tới chất lượng giấy (vết sẫm, giảm khả năng bắt mực in, gây xước hoặc rách giấy khi tiếp xúc với các bề mặt thiết bị trên dây chuyền sản xuất, …) Về tác dụng bất lợi của chúng đã được khoa học chứng minh và nhiều giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế sự ảnh hưởng của chúng

đã được áp dụng hiệu quả trong thực tế sản xuất bột giấy và giấy

Một trong những giải pháp nhằm giảm hàm lượng các chất trích ly, là áp dụng quy trình công nghệ phù hợp tồn trữ và bảo quản nguyên liệu (dạng gỗ trục và dăm mảnh) trước khi sử dụng, là công đoạn được thực hiện đối với tất cả mọi loại hình sản xuất Tuy nhiên, thực trạng và những hạn chế trong kiểm soát chất lượng nguyên liệu gỗ, sử dụng cho sản xuất bột giấy, bởi tính đa dạng về chủng loại, độ tuổi của gỗ khai thác, vùng lập địa, …, hay những khó khăn khác mà các doanh nghiệp sản xuất bột và giấy đang gặp phải, đồng thời phương thức tồn trữ và bảo quản nguyên liệu gỗ đang được áp dụng ở hầu hết các doanh nghiệp chế biến dăm mảnh và sản xuất bột giấy cho thấy, các quy trình công nghệ chưa được thực hiện hiệu quả và phù hợp, dẫn đến vấn đề do các chất trích ly gây ra vẫn là vấn đề bức thiết và cần có những giải pháp công nghệ phù hợp Muốn vậy cần có những nghiên cứu cơ bản định hướng áp dụng về sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình tồn trữ và bảo quản nguyên liệu gỗ, để đưa ra những quy trình (giải pháp) công nghệ phù hợp Đây

là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Kết quả nghiên cứu là cơ sở áp dụng

phương pháp bảo quản dăm mảnh, cũng như áp dụng giải pháp công nghệ thích hợp nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của chúng tới quá trình sản xuất

Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên, đề tài Luận văn thạc sĩ kỹ thuật:

“Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình bảo quản dăm mảnh nguyên liệu giấy” đã đặt mục tiêu: Xác định được ảnh hưởng của độ tuổi, mùa khai

thác gỗ (keo tai tượng và bạch đàn urô) tới hàm lượng và một số thành phần của các chất trích ly ở quy mô phòng thí nghiệm Công đoạn bảo quản gỗ từ khi khai thác tới công đoạn chặt mảnh để đưa vào sản xuất có ảnh huởng đến sự biến đổi của các chất trích ly Thông tin này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn đối với việc nghiên cứu sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình bảo quản dăm mảnh, sẽ được tiếp tục nghiên cứu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái niệm chung về các chất trích ly của gỗ

Trong cây thân gỗ và các loài thực vật chứa xơ sợi khác, ngoài các thành phần chính của vách tế bào, là xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin, còn có các chất trích ly

và các chất vô cơ

Các chất trích ly là nhóm các hợp chất có thể hòa tan được trong nước hoặc dung môi hữu cơ trung tính, như etanol, axeton, ete etylic, ete dầu hỏa, diclometan hoặc một số hỗn hợp dung môi

Các chất trích ly là nhóm chất có thành phần phức tạp nhất, bao gồm hàng trăm hợp chất có cấu tạo phân tử khác nhau, với những nhóm chức khác nhau, như các chất béo, tecpen, tecpennoid, polyphenol, một số cacbohydrat và dẫn xuất cũng như hợp chất của nitơ và một số muối khoáng…

Thông thường, các chất trích ly tập trung nhiều ở vỏ, rồi ở phần thân gỗ Một

số loài cây lại lai có hàm lượng các chất trích ly ở rễ, hoa, lá hoặc quả

Ở các loại cây cùng họ với nhau, chất trích ly thường tương tự nhau, tuy nhiên, cũng có thể có những đặc điểm riêng đối với từng loại Các chất trích ly ở cây

lá kim và cây lá rộng có nhiều nét khác nhau

Nhiều cây lá kim có hệ thống kênh dẫn nhựa dọc và ngang thân Loại nhựa này được sinh ra từ các tế bào bao quanh kênh dẫn nhựa, được gọi là nhựa dầu Ở gỗ

lá kim, nhựa dầu chứa nhiều là các chất tecpen và dẫn xuất của chúng, đặc biệt là axit nhựa Gỗ thông có thể có hàm lượng axit nhựa chiếm tới 70 – 80% của dầu nhựa

Trong gỗ lá kim, ngoài nhựa dầu có trong kênh dẫn nhựa, nhựa cây còn nằm trong tế bào parenchym Hơn 95% tế bào parenchym nằm ở tia gỗ Ở phần gỗ giác, các tế bào này là tế bào sống Ở phần gỗ lõi các tế bào này ngừng hoạt động Nhựa trong parenchym bao gồm chủ yếu là este của axit béo và các hợp chất sterol

Trong quá trình nấu bột giấy từ nguyên liệu gỗ lá kim, nhựa trong kênh dẫn nhựa dễ bị phân tán vào dịch nấu Ngược lại, nhựa trong tế bào parenchym thường nằm lại trong đó, đặc biệt khi ruột tế bào nhỏ và vách tế bào chắc

Đối với những loại nguyên liệu có tế bào parenchym như vậy, để giảm bớt hàm lượng nhựa trong bột giấy, cần tiến hành sàng chọn để tách bớt tế bào parenchym chứa nhựa

Trong quá trình hình thành gỗ lõi, nhiều phản ứng hóa học xảy ra Một lượng lớn chất trích ly xuất hiện, phân bố khắp phần gỗ lõi

Hàm lượng các chất trích ly có thể tăng từ 4% lên 12 – 14% ở các loại gỗ thông Chất trích ly ở gỗ lõi thường chứa nhiều polyphenol, có tác dụng bảo vệ cây khỏi sự phá hoại của vi sinh vật và côn trùng Chất trích ly ở gỗ lá kim và gỗ lá rộng khác nhau Gỗ lá rộng không có kênh dẫn nhựa như ở trong gỗ lá kim Do đó gỗ lá rộng không có nhựa dầu Nhựa ở gỗ lá rộng tập trung ở tế bào parenchym nối với ống dẫn Nhựa gỗ lá rộng gồm có chất béo, sáp và hợp chất sterol…

Cũng như ở gỗ lá kim, khả năng thẩm thấu hóa chất để tách nhựa khỏi tế bào parenchym, phụ thuộc vào kích thước mao quản cũng như độ bền cơ học của tế bào tia parenchym Khả năng tách nhựa khác nhau phụ thuộc vào các loài cây Nhìn chung, những loại gỗ nhiều nhựa không thích hợp cho sản xuất bột giấy theo phương pháp nấu sunfit Vì vậy, chúng thường được sử dụng cho sản xuất bột sunfat Tuy vậy, trong nhiều trường hợp, chẳng hạn sự có mặt của nhựa cây trong gỗ bạch đàn cũng gây ảnh hưởng xấu ít nhiều tới quá trình nấu, rửa và tẩy trắng bột sunfat

Hàm lượng và thành phần các chất trích ly phụ thuộc vào loài cây, các bộ phận của cây, cũng như điều kiện sinh trưởng của chúng Tùy thuộc mục đích sử dụng, ta có thể khai thác chất trích ly ở hoa, lá, quả, vỏ, thân gỗ hoặc rễ cây

Chất trích ly thường được phân thành các nhóm sau:

- Các chất béo: axit béo, axit nhựa, chất béo,…;

- Các hợp chất tecpen và dẫn xuất (tecpenoit);

- Các hợp chất phenol: như flavonoit, lignan, stilben

- Cacbohydrat: oligosaccarit, một số ít polysaccarit;

- Các hợp chất vô cơ

Trong số các chất trích ly có trong cây nguyên liệu giấy, có thể nói “nhựa cây”

là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất và có tác động lớn nhất đến quá trình sản xuất bột

giấy và giấy

“Nhựa cây” là khái niệm dùng để chỉ nhóm các hợp chất tự nhiên không tan trong nước, có cả trong gỗ lá rộng và gỗ lá kim Chúng tan được trong dầu mỏ và

một số dung môi hữu cơ có độ phân cực thấp Phần lớn các hợp chất này có phân tử lượng thấp, tuy nhiên cũng có một số phần tử nhựa tồn tại ở dạng polyme như polyisopren và polysesquitecpen.Theo Black và Ekman [5], có thể phân loại các hợp chất nhựa thành 4 nhóm chính:

- Các chất béo và axit béo;

- Steryl este và sterol;

- Tecpen và tecpenoid (các axit nhựa và polyisopren);

- Các chất sáp (rượu và các este với các axit béo của chúng)

Trong gỗ, nhựa cây chủ yếu chứa trong các kênh dẫn nhựa (resin canals), trong các túi nhựa (resin pockets), trong các tế bào nhu mô (parenchym cell) hoặc ở một số

tế bào chỉ có ở một số loại gỗ cứng nhiệt đới, như các tế bào sinh dầu (oil cell) và các

tế bào sinh mủ (latex cell) Nhựa trong các kênh dẫn nhựa thông thường là hỗn hợp

vô định hình của các tecpen và tecpenoit mạch vòng, được hình thành từ các đơn vị isopren nhờ sự tiếp xúc của các enzyme tạo mạch vòng xyclaza Khác với các kênh dẫn nhựa, các tế bào nhu mô không chứa các hợp chất mạch vòng mà chỉ chứa các glyxerit, steryl este, chất béo và axit béo

Nhìn chung, hàm lượng và cấu tạo hóa học của nhựa trong gỗ lá kim, gỗ lá rộng rất khác nhau, và có những đặc trưng riêng Theo một số tài liệu thì hàm lượng và thành phần hóa học của nhựa cây không chỉ phụ thuộc vào loài cây, mà còn phụ thuộc vào độ tuổi, yếu tố về di truyền, mùa sinh trưởng, điều kiện phát triển (ánh sáng, độ ẩm, thành phần dinh dưỡng của đất,…).Thậm chí giữa các bộ phận khác nhau của cây cũng có sự khác biệt đáng kể

Thành phần nhựa của gỗ mềm đã được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây Trong gỗ mềm, triglyxerit, các axit nhựa và các axit béo có hàm lượng nhựa cao, thành phần của chúng cũng khác nhau giữa dát gỗ và lõi của cùng một loài cây Lõi gỗ chủ yếu bao gồm các axit nhựa

1.1.1 Nhựa cây của gỗ mềm

Gỗ mềm (gỗ lá kim) được sử dụng làm nguyên liệu bột giấy có hàm lượng nhựa tương đối cao (từ 1,6 – 3,1% so với gỗ khô tuyệt đối hoặc cao hơn) và chủ yếu tập trung ở trong kênh dẫn nhựa và ở trong các tế bào nhu mô

Kênh dẫn nhựa là các tổ chức của tế bào mô mềm Kênh dẫn nhựa gồm hai loại: kênh dẫn nhựa dọc và kênh dẫn nhựa ngang Nó do ba loại tế bào cấu tạo nên: tế bào tiết, tế bào sống, tế bào chết

Nhiệm vụ của tế bào tiết là chức năng dẫn tiết nhựa vào ống nhựa, tế bào chết giữ chức năng cơ học (bảo vệ thành ống nhựa), tế bào sống giữ vai trò quan trọng là nối liền các ống dẫn nhựa để tạo thành một hệ thống dẫn nhựa hoàn chỉnh trong thân cây

Trong các kênh dẫn nhựa, thành phần hóa học chủ yếu là các chất terpen và các dẫn xuất có oxy của chúng (terpenoit) như axit pimaric, axit sandaracopimaric, axit isopimaric (được gọi chung là axit nhựa) (Hình 1.1) và một số diterpenoit trung tính không bay hơi như metyl este, oxit, anđehyt, rượu và các hydrocacbon (Hình 1.2) Ngoài ra, nhựa trong tế bào nhu mô có thành phần hoá học rất khác biệt so với nhựa trong các kênh dẫn nhựa Nhựa trong các tế bào nhu mô chủ yếu là các axit béo, triglyxerit và este của axit béo với rượu mạch vòng như sterol và triterpenyl (Hình 1.3)

Hình 1.1 Cấu trúc hoá học của axit nhựa có trong kênh dẫn nhựa gỗ lá kim

Hình 1.2 Một số ditecpenoid có trong các kênh dẫn nhựa gỗ lá kim

Hình 1.3 Thành phần hóa học của nhựa trong các tế bào nhu mô gỗ lá kim

(a: Các axit béo; b: Triglyxerit) Nhìn chung, nhựa trong gỗ lá kim có chứa hàm lượng các chất xà phòng hoá cao là các axit nhựa và axit béo (khoảng 90%) Tỷ lệ nhựa xà phòng hoá được và

CO2HPimarol

Axit palmitic Axit hexadecanoic

Axit oleic Axit linoleic

Axit linolenic Axit pinolenic

cooh

cooh 1 14

O Triterpenyl alcohol

;

a/

b/

không xà phòng hoá được là một chỉ số có ảnh hưởng rất quan trọng tới khả năng hoà tan nhựa cây trong quá trình nấu bột Black và Ekman [4] cho rằng, nhựa khi đã

xà phòng hoá và tan vào dịch nấu sẽ có tác dụng “lôi kéo” các loại nhựa không xà phòng hoá được từ pha rắn phân tán vào pha lỏng

1.1.2 Nhựa cây của gỗ cứng

Thành phần chính của nhựa trong các loại gỗ cứng chủ yếu được chứa trong các

tế bào nhu mô và có thành phần chính là các axit béo (chủ yếu là chưa no) như axit oleic, linoleic và linolenic; sterol và rượu triterpenyl (Hình 1.4)

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học một số chất thành phần của nhựa gỗ cứng

Theo Adrian và các cộng sự [4] nhựa gỗ bạch đàn (Eucaluptus globulus) có

thành phần chủ yếu là steryl este, sitosteryl lioleat và oleat Một số loại hợp chất điển hình của nhựa từ gỗ cứng ôn đới như axit béo với số nguyên tử mạch các bon trong khoảng từ C-16 đến C-26 và triglycerit có rất ít trong gỗ bạch đàn

Suvi Pietarinen và các cộng sự trong quá trình nghiên cứu về một số loại keo

như Acacia mangium và Acacia crassicarpa đã chỉ ra rằng thành phần chủ yếu của nhựa có trong gỗ Acacia mangium là các axit béo no và rượu no mạch dài (từ 22 đến

28 nguyên tử các bon) trong khi nhựa trong gỗ Acacia crassicarpa lại bao gồm chủ

yếu các axit béo mạch ngắn (từ 16 đến 20 phân tử các bon)

Thành phần nhựa cây của gỗ lá rộng và gỗ lá kim có hai điểm khác biệt cơ bản:

- Nhựa gỗ lá kim chủ yếu được phân bố trong các kênh dẫn nhựa với thành phần chính là các axit nhựa, trong khi nhựa gỗ lá rộng có nhiều trong các tế bào nhu

mô với thành phần cơ bản là các axit béo, rượu béo và các este của chúng

- Tỷ lệ giữa nhựa xà phòng hóa được và không xà phòng hóa được của gỗ lá rộng là rất thấp so với gỗ lá kim (khoảng 2:1 trong gỗ bulô so với 10:1 của gỗ thông) Theo Black và Ekman [5] để có thể hòa tan hoàn toàn nhựa không xà phòng hóa được trong quá trình nấu bột kraft, tỷ lệ giữa nhựa xà phòng hóa được và không xà phòng hóa được phải ở mức 3:1 trở lên Như vậy, khác với gỗ lá kim, nhựa trong gỗ bulô cũng như phần lớn các loại gỗ cứng khác rất khó loại bỏ được hoàn toàn trong

Với thành phần và đặc điểm cấu tạo như vậy, trong quá trình chế biến sinh khối thực vật, các chất nhựa có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình công nghệ và chất lượng sản phẩm, nhất là khi xử lý trong môi trường axit, các chất nhựa rất khó loại bỏ, chúng có xu hướng kết bám trên bề mặt trang thiết bị và gây ra rất nhiều vấn đề trong quá trình vận hành Ngoài ra, các chất nhựa có tác động bất lợi đến môi trường, như tăng độc tố của nước thải, ảnh hưởng đến hệ thủy sinh, …

Ngày nay, phương pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của các chất nhựa tới quá trình chế biến sinh khối là sử dụng nguyên liệu có hàm lượng nhựa thấp, có phương pháp bảo quản phù hợp để loại bỏ các hợp chất ra khỏi nguyên liệu trước khi sản xuất

Hiện nay, công nghệ sinh học đang phát triển và được sự chú ý của các ngành công nghiệp, trong đó, công nghiệp giấy cũng đang nỗ lực áp dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho sản xuất nhằm tiết kiệm năng lượng, hóa chất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành Với những nghiên cứu gần đây, việc sử dụng nấm

và enzyme cho công đoạn bảo quản nguyên liệu, tăng khả năng thủy phân của một số hợp chất nhựa trong nguyên liệu và loại bỏ chúng trước khi vào công đoạn nấu đã đem lại những kết quả mong muốn, hàm lượng nhựa giảm đáng kể

Trong sản xuất bột giấy và giấy, sự ảnh hưởng lớn nhất là các chất “nhựa” Nhựa cây được biết đến là thành phần hóa học không mong muốn của nguyên liệu Thành phần này làm tiêu tốn hóa chất nấu, tẩy trắng Trong sản xuất, vấn đề về nhựa đang được quan tâm ngày càng cao nhằm loại bỏ chúng trước khi đưa vào các công đoạn tiếp theo Nhựa cây có khả năng kết tụ, gây ảnh hưởng đến quá trình nghiền, bám dính bề mặt lô, làm bẩn chăn, lưới…và gây khuyết tật (đốm) trên sản phẩm Theo một số nghiên cứu, ảnh hưởng của nhựa làm tăng 1 – 2% giá thành sản phẩm Vấn đề về nhựa cũng phụ thuộc vào phương pháp sản xuất bột giấy (phương pháp hóa học hay cơ học) Nhựa được tách ra từ các xơ sợi của bột giấy tại các thời điểm khác nhau của quá trình chế biến, khi có sự thay đổi pH và nhiệt độ Nhựa có thể kết bám vào xơ sợi, chất độn, chất trợ bảo lưu, các thành phần của dịch tráng phủ

và các muối vô cơ hòa tan

Sự hình thành các chất kết bám được bắt đầu với clo trong quá trình tẩy trắng, khi liên kết đôi của triglyxerit bị clo hóa Các chất nhựa đã clo hóa sau đó được tách

ra từ xơ sợi và tích lũy trong nước sử dụng cho sản xuất Điều này đặc biệt nghiêm trọng nếu khả năng tuần hoàn nước cao, các chất nhựa sẽ kết tụ và bám trên bề mặt thiết bị, làm bẩn chăn, lưới…

Vấn đề đặc biệt nghiêm trọng trong quá trình sản xuất bột cơ và nấu sunfit Trong quá trình nấu sunfat, dịch nấu có tác dụng xà phòng hóa triglyxerit và giảm khả năng kết bám của chúng Tuy nhiên, một số loài gỗ như gỗ dương hay thông nhiệt đới, có hàm lượng các chất không bị xà phòng hóa cao, vấn đề nhựa vẫn là vấn

đề nghiêm trọng cần giải quyết

Nhựa cây là những hợp chất có hoạt tính cao, trong quá trình sản xuất, khả năng tương tác với hóa chất lớn Nên qua mỗi công đoạn, sự có mặt của nhựa trong dòng bột sẽ làm tiêu tốn hóa chất, các phản ứng giữa bột và hóa chất xảy ra làm thành phần và hàm lượng nhựa thay đổi rất lớn qua các công đoạn như: bảo quản nguyên liệu, công đoạn nấu bột, rửa bột, tẩy trắng, nghiền và xeo giấy

1.2.1 Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình tồn trữ và bảo quản nguyên liệu giấy

Tồn trữ và bảo quản nguyên liệu trước khi sản xuất được biết đến là phương pháp làm giảm hàm lượng nhựa với chi phí thấp nhất Sự biến đổi của nhựa trong công đoạn này chủ yếu là do phản ứng thủy phân, sự phân hủy sinh học của các chất trích ly trong các kênh dẫn nhựa và các tế bào nhu mô, với sự tham gia của các vi sinh vật trong tự nhiên Tuy nhiên, việc tồn trữ và bảo quản với thời gian quá kéo dài lại cần diện tích kho bãi chứa lớn Măt khác ở điều kiện độ ẩm không khí cao, lượng mưa nhiều nguyên liệu có thể giảm chất lượng do các thành phần xơ sợi cũng bị phân hủy

Trong công trình nghiên cứu của Allen và các cộng sự [1], về ảnh hưởng của quá trình bảo quản đến hàm lượng và thành phần nhựa của cây gỗ dương đã cho thấy, hàm lượng nhựa trong gỗ dương tươi lớn hơn rất nhiều trong gỗ dương sau 1 năm bảo quản Trong quá trình bảo quản, các hợp chất của axit béo bị xà phòng hóa,

dễ tan trong nước, nên hàm lượng của chúng trong nguyên liệu (khi xác định bằng cách trích ly trong dung môi hữu cơ) giảm đáng kể

Theo Assarsson và các cộng sự [2], nhựa cây của gỗ bulô bị phân hủy trong quá trình bảo quản, chủ yếu diễn ra do phản ứng thuỷ phân các triglyxerit tạo thành các axit béo tự do Các hợp chất như steryl este và nhựa không xà phòng hóa được nên rất ít bị ảnh hưởng Phản ứng thuỷ phân glyxerit diễn ra rất nhanh trong vòng 2 tuần đầu, hàm lượng nhựa trong dăm mảnh tiếp tục giảm theo thời gian tồn trữ do sự phân huỷ của các axit béo và steryl este ( hàm lượng các chất trích ly trong diclorometan giảm từ 2,2% xuống còn 1,6% sau 4 tuần )

Nghiên cứu của Adrian [4] đối với mảnh gỗ bạch đàn cho thấy, thời gian bảo quản nhìn chung không ảnh hưởng nhiều tới tổng hàm lượng các chất tan trong dung môi diclorometan Tuy nhiên, tổng hàm lượng nhựa (các axit béo, sterol, steryl este, triglyxerit) giảm mạnh sau 2 tuần bảo quản, từ 0,11% xuống còn 0,04% Trong đó, triglyxerit và steryl este là các hợp chất có hàm lượng giảm nhiều nhất

Nghiên cứu của Lã Thị Cúc và các cộng sự [12] đối với cả ba loại nguyên liệu

gỗ bạch đàn, keo tai tượng và keo lai đã cho thấy, sau 3 tháng tồn trữ hàm lượng các chất trích ly đều giảm Trong đó, bạch đàn là loại nguyên liệu có tỷ lệ giảm hàm

lượng các chất trích ly cao nhất, từ 41,7% (gỗ 7 tuổi) đến 65,2% (gỗ 6 tuổi) Đối với

gỗ keo tai tượng và keo lai, hàm lượng nhựa giảm ở mức trung bình, tương ứng là 26,3% và 16,5% Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa trong bạch đàn được chỉ ra trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa trong bạch đàn

Có thể nhận thấy, tổng hàm lượng các chất nhựa giảm dần khi thời gian bảo quản tăng Với thời giản bảo quản khoảng 3 tháng, hàm lượng nhựa giảm khoảng 50% Các hợp chất triglyxerit, steryl este giảm nhiều hơn [7]

Theo Black [5], công đoạn chuẩn bị nguyên liệu (chặt mảnh và sàng mảnh) có ảnh hưởng quan trọng đến hàm lượng nhựa Trong quá trình chặt mảnh gỗ, một số hợp chất nhựa có trong các kênh dẫn nhựa được ép thoát ra ngoài, tạo thành các hạt nhỏ và do phần lớn các hạt nhựa này bám lên trên bề mặt mảnh vụn, nên sẽ được loại

bỏ trong quá trình sàng chọn mảnh

1.2.2 Ảnh hưởng của nhựa cây đối với quá trình nấu bột giấy

Nấu bột giấy là quá trình nhờ các tác nhân hóa học để loại bỏ lignin ra khỏi xơ sợi Trong đó, sự có mặt của các chất nhựa sẽ làm tăng các phản ứng hóa học, tiêu hao hóa chất nấu, không có lợi cho quá trình nấu bột giấy

Trong quá trình nấu bột kraft, phần lớn các hợp chất như axit béo và axit nhựa

đã được xà phòng hóa, hòa tan vào trong dịch nấu cùng với các hợp chất nhựa trung tính không xà phòng hóa và được loại bỏ theo dịch đen trong công đoạn rửa bột Hàm lượng nhựa còn lại trong bột sau nấu và rửa được tìm thấy trong các tế bào nhu

mô hoặc trên bề mặt xơ sợi, nguyên do là sự kết tụ của các chất nhựa với hóa chất trong dịch nấu, không được loại bỏ khi rửa

Trong quá trình nấu bột theo phương pháp nấu sunfat, các hợp chất có trong nhựa cây phản ứng với xút, theo các phản ứng sau:

(Axit béo và axit nhựa tự do) + NaOH → Muối natri (xà phòng) (K1)

Triglyxerit + NaOH → Xà phòng + Glyxerol (K2)

(Steryl este) + NaOH → Xà phòng + Sterol (K3)

Các phản ứng này diễn ra trên bề mặt các pha rắn/lỏng, với tốc độ phản ứng xếp theo thứ tự K1>>K2>> K3 Như vậy, axit béo và axit nhựa tự do xà phòng hóa nhanh nhất, steryl este xà phòng hoá với tốc độ chậm nhất, chậm hơn nhiều so với triglyxerit

Một số yếu tố công nghệ như kích thước dăm mảnh, nồng độ kiềm, nhiệt độ bảo

ôn và khả năng thẩm thấu của mảnh có ảnh hưởng đến hiệu quả loại nhựa trong quá trình nấu, trong đó nồng độ kiềm hoạt tính là yếu tố có ảnh hưởng quan trọng nhất Nồng độ kiềm hoạt tính tương đối cao trong giai đoạn cuối của chu kỳ nấu bột, cũng

là yếu tố có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả của quá trình hòa tan nhựa, đặc biệt đối với các hợp chất có tốc độ xà phòng hoá chậm như steryl este Trong các quy trình nấu sunfat cải tiến, nồng độ kiềm hoạt tính ở cuối chu kỳ nấu thường được giữ

ở mức cao hơn giai đoạn đầu cho phép, để nâng cao hiệu suất bột và cải thiện khả năng tách nhựa

Việc áp dụng các quy trình rửa bột ở nhiệt độ cao (ở 85oC với máy rửa chân không hoặc máy rửa kiểu ép, ở 100o

C đối với máy rửa thế chỗ dịch, 110oC với thiết

bị phân tán áp lực), đều cho phép tách loại nhựa rất hiệu quả

Đối với sản xuất bột giấy hiệu suất cao, dăm mảnh nguyên liệu được thẩm thấu với một số hóa chất như NaOH, NaHSO3 …Do lượng kiềm sử dụng quá trình thẩm thấu thường ít, không đủ để gây ra các phản ứng thủy phân triglyxerit và các este trong thành phần nhựa cây Tuy nhiên, với môi trường kiềm tính nhẹ cũng tạo điều kiện cho quá trình phân tán và hòa tan nhựa trong các kênh dẫn nhựa và một phần

trong tế bào nhu mô Đặc biệt, trong quá trình nghiền bột cơ, dưới tác dụng của lực

cơ học, phần lớn các tế bào nhu mô bị phá vỡ tạo điều kiện cho nhựa bị ép ra ngoài

và phân tán vào trong pha lỏng Các chất nhựa sau đó được loại bỏ nhờ quá trình rửa Theo một số nghiên cứu, quá trình tách loại nhựa của bột CTMP sẽ hiệu quả hơn, nếu điều kiện của giai đoạn thẩm thấu như sau: pH, nhiệt độ cao và sử dụng một

số các chất hoạt động bề mặt làm tác nhân giúp quá trình phân tán nhựa và ngăn sự kết tụ trở lại, bám trên bề mặt xơ sợi

Theo kết quả nghiên cứu của Lã Thị Cúc và các cộng sự [12], hiệu quả tách loại nhựa trong quá trình sản xuất bột cơ học vẫn đạt mức tương đối cao (>74% sau giai đoạn thẩm thấu hoá chất, nghiền, rửa và >87% sau giai đoạn tẩy trắng và rửa)

1.2.3 Ảnh hưởng của nhựa cây đối với quá trình tẩy trắng bột giấy

Tẩy trắng bột giấy là công đoạn sử dụng các tác nhân hóa học để loại bỏ phần lignin còn lại sau nấu, làm mất màu một số hợp chất mang màu

Đối với các hợp chất nhựa, khả năng phân tán rất cao trong các công đoạn xử lý kiềm, như công đoạn oxy kiềm hay kiềm hóa Sự có mặt của kiềm dư sau mỗi công đoạn làm giảm sự kết tụ trở lại của nhựa Tuy nhiên, vấn đề về sử dụng hóa chất, giảm tải ra môi trường vẫn đang được chú ý

Theo kết quả nghiên cứu của Bouchard và cộng sự [9], do không thể thâm nhập vào trong các tế bào nhu mô chứa nhựa, nên hiệu quả khử nhựa của giai đoạn ôxy kiềm trong các điều kiện hiện đang được áp dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp

là không đáng kể và thành phần nhựa trong bột gần như không thay đổi trước và sau giai đoạn tách loại lignin bằng ôxy

Trong tẩy trắng bằng clo nguyên tố, do có khả năng hoạt tính rất cao nên tác nhân hóa học này phản ứng rất mạnh với các thành phần của nhựa Tuy nhiên, các phản ứng của clo với các liên kết đôi trong axit béo chưa no và triglyxerit lại tạo ra các sản phẩm có độ kỵ nước cao hơn, dính hơn và khó thuỷ phân hơn [3] Thông thường tổng hàm lượng nhựa trong bột sau giai đoạn tẩy trắng bằng clo cao hơn trước khi tẩy trắng, mặt khác các sản phẩm clo hóa của các chất béo rất khó loại bỏ trong các công đoạn tẩy trắng tiếp theo

Dioxit clo có thể phản ứng với các thành phần nhựa không no Tuy nhiên, do phản ứng với dioxit clo chỉ diễn ra trên bề mặt không đồng nhất của các hạt nhựa nên tốc độ phản ứng chậm hơn rất nhiều so với clo nguyên tố Một số hợp chất nhựa như

sterol không no, rượu triterpenyl và este của chúng phản ứng mãnh liệt với dioxit clo theo các phản ứng ôxy hoá tạo ra các sản phẩm chứa các nhóm chức như hydroxyl, cacbonyl và cacboxyl Các sản phẩm này thường có tính ưa nước và dễ dàng loại bỏ khỏi bột giấy trong các giai đoạn trích ly kiềm và rửa bột tiếp theo

Như đã biết, công đoạn trích ly kiềm cùng với rửa bột thường được sử dụng giữa các công đoạn tẩy trắng, nhằm mục đích hòa tan lignin đã bị clo hoá và ôxy hóa, cũng như các chất nhựa đã bị clo hoá và ôxy hóa Các hợp chất nhựa bị clo hóa được khử clo một phần trong công đoạn trích ly kiềm và chính quá trình này góp phần làm cho nhựa có tính ưa nước hơn và dễ hoà tan vào trong dịch rửa hơn

Giống như ôxy, hydropeoxit không tiếp cận được với nhựa trong các bộ phận chứa nhựa, mà chủ yếu phản ứng với các hợp chất đã hòa tan vào trong dung dịch Một số hợp chất có chứa các liên kết đôi như axit abietic, palustic và levopimaric thường bị oxy hóa trong quá trình tẩy trắng với hydropeoxit trong môi trường kiềm

1.2.4 Ảnh hưởng của nhựa cây trong quá trình sản xuất giấy

Mặc dù, phần lớn các hợp chất nhựa có trong gỗ nguyên liệu đã được loại bỏ qua các công đoạn của quá trình nấu bột, nhưng một lượng nhỏ nhựa dư (0,12-0,15%

so với bột) có trong bột chưa tẩy trắng hoặc đã tẩy trắng, vẫn gây ra nhiều khó khăn cho quá trình sản xuất giấy [5]

Đối với nguyên liệu gỗ cứng (gỗ keo, bạch đàn), lượng nhựa dư chủ yếu được chứa trong các tế bào nhu mô mà các hóa chất nấu, tẩy trắng không xâm nhập vào được Như vậy, lượng nhựa này sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất giấy, đặc biệt là quá trình nghiền bột giấy Dưới tác dụng của lực cơ học trong quá trình nghiền, các

xơ sợi bị cắt ngắn, tạo điều kiện cho các chất nhựa phân tán huyền phù bột, chúng có khả năng kết tụ lại và bám trên bề mặt thiết bị, cản trở vận hành của máy nghiền, gây nên khả năng bám dính của xơ sợi giấy lên thiết bị, giảm năng suất và có thể ngừng hoạt động của thiết bị

Ngoài ra, những hạt nhựa còn bám dính trên xơ sợi, cản trở sự liên kết giữa các

xơ sợi, làm giảm độ bền của giấy trong quá trình xeo, gây hiện tượng đứt giấy Với sản phẩm giấy, các hạt nhựa gây khuyết tật như đốm, giảm mỹ quan của tờ giấy, tạo

ra vùng giấy không có khả năng bắt mực in, …

1.3 Nguyên liệu sản xuất bột giấy ở Việt Nam

Hiện nay nước ta sử dụng các loại nguyên liệu gỗ sau, trong đó keo và bạch đàn

là chủ yếu

Keo tai tượng (Acacia mangium), là loài cây được đưa vào trồng thí điểm ở

nước ta vào những năm 80, hiện nay đang là nguồn nguyên liệu chính của các nhà máy sản xuất bột giấy và các doanh nghiệp chế biến dăm mảnh xuất khẩu Khối lượng riêng của gỗ Keo tai tượng vào khoảng 460 - 500 kg/m3, tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng và độ tuổi khai thác Gỗ keo tai tượng có thành phần hóa học trung bình như sau: 48-50% xenlulozơ, 23-36% lignin, 19-22% pentozan, 3-5% các chất trích ly và 0,3-0,5% các chất vô cơ Với thành phần hóa học này, gỗ keo tai tượng rất phù hợp làm nguyên liệu sản xuất bột giấy Thực tế cho thấy, nấu bột giấy sunfat với mức sử dụng kiềm hoạt tính khoảng 20 -22% so với nguyên liệu khô tuyệt đối, có thể cho hiệu suất bột đạt 46 – 48% Tuổi khai thác thích hợp nhất đối với keo tai tượng

là khoảng 5-7 tuổi Đối với các vùng lập địa khác nhau, cấu tạo của gỗ keo tai tượng

có thể khác nhau, thường hay bị rỗng lõi nếu điều kiện lập địa không đủ đáp ứng nhu cầu sinh trưởng

Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) hay còn gọi là Tràm bông vàng, được trồng

rộng rãi trên khắp cả nước và cũng là nguồn nguyên liệu sản xuất giấy chủ yếu Tuy nhiên thời gian gần đây diện tích keo lá tràm có giảm Khối lượng thể tích của Keo lá tràm cao hơn Keo tai tượng và tương đương với gỗ Bạch đàn trắng, dao động trong khoảng 600 kg/m3 Keo lá tràm có 46-47% xenlulozơ, 20-25% lignin, 19-20% pentozan và 5-6% các chất trích ly

Keo lá tràm là loài cây phát triển tương đối nhanh, có thể khai thác ở độ tuổi từ 5-7 năm Nấu bột giấy sunfat với mức sử dụng kiềm khoảng 20% so với nguyên liệu khô tuyệt đối, có thể cho bột hiệu suất đạt 45-47 % Cần chú ý rằng, Keo lá tràm có hàm lượng các chất trích ly cao, có thể ảnh hưởng xấu tới quá trình xử lý bột giấy

sau khi nấu

Keo Lai (Acacia mangium x Acacia auriculiformis, Acacia auriculiformis x

Acacia mangium) là giống Keo được lai tự nhiên hoặc nhân tạo giữa Keo tai tượng

và Keo lá tràm, có ưu điểm về sinh trưởng, năng suất, đặc biệt là hàm lượng xenlulozơ, lignin và pentozan cao hơn so với Keo tai tượng và Keo lá tràm, nhưng

Keo lai dễ bị sâu bệnh, khả năng chống chọi gió bão kém Tỉ trọng gỗ của Keo lai vào khoảng 500-625 kg/m3 Hàm lượng xenlulozơ vào khoảng 50-51%

Tương tự như các loài Keo khác, nấu bột sunfat với mức sử dụng kiềm khoảng 20% trong điều kiện thích hợp, có thể cho bột có trị số Kappa khoảng 20 đơn vị và hiệu suất đạt 49-50%

Trong số các loài gỗ cứng, thì Bạch đàn là loài cây có khối lượng thể tích tương đối cao Ở Việt Nam, hiện phổ biến và phù hợp làm nguyên liệu giấy hơn cả là Bạch

đàn urô (Eucalyptus urophylla) và Bạch đàn trắng caman (Eucalyptus

camaldulensis) Hai loại cây này có tốc độ sinh trưởng khá nhanh Bạch đàn urô có

thành phần hóa học phù hợp làm nguyên liệu sản xuất bột giấy, bao gồm 47-48% xenlulozơ, 23-25% lignin, 19-20% pentozan, 2-3% các chất trích ly và 0,4-0,5% các chất vô cơ

Ngoài hai loại Bạch đàn trên, Bạch đàn lai (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus

camaldunensis ), Bạch đàn têrê (Eucalyptus tereticorrnis ) cũng có thể sử dụng làm

nguyên liệu giấy Cây Bạch đàn có thể phát triển được trong mọi điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, vùng ngập mặn, đồi trọc , vì vậy hiện nay gỗ Bạch đàn là loại nguyên liệu phổ biến cho sản xuất bột giấy

Bột giấy từ nguyên liệu gỗ Bạch đàn trắng, sản xuất theo phương pháp nấu sunfat có hiệu suất 45-46%, cao hơn so với bột sản xuất từ một số loại gỗ khác, như

Bồ đề, Mỡ

Bồ đề (Styrax tonkinensis)là loài cây có nhiều ở miền Bắc nước ta Trong nhiều

năm qua, tuy Bồ đề được trồng quy mô lớn ở vùng miền Trung, nhưng nhược điểm canh tác là năng suất chưa cao và làm cho độ phì nhiêu của đất ngày càng xấu, môi trường ít được cải thiện Gỗ Bồ đề tương đối đồng nhất, không có lõi, tỷ lệ vỏ thấp,

có hàm lượng xenlulozơ tương đối cao (khoảng 45%), nhưng hàm lượng các chất tan trong nước và dung dịch kiềm cũng cao, là nguyên liệu tốt cho sản xuất bột giấy Đối với loại nguyên liệu này công nghệ nấu bột thích hợp là phương pháp sunfat, hiệu suất bột có thể đạt 45 - 46% Mặc dù vậy, hiện nay Bồ đề hoặc Mỡ ít được sử dụng làm nguyên liệu giấy

Gỗ lá kim sử dụng cho sản xuất bột giấy bao gồm các loại Thông, Tùng, Tần bì,

…, có hàm lượng nhựa thấp Ở nước ta, Thông phát triển nhiều ở Tây Nguyên, như

Gia Lai, Kon Tum, Đắk Lắk, Lâm Đồng, chủ yếu là Thông ba lá (Pinus kesiya) Ở

miền Bắc, Thông caribê (Pinus caribaea) phát triển nhiều Đại Lãi, Vĩnh Phúc

Thông là loại nguyên liệu giấy chủ yếu của các nước vùng ôn đới Bột giấy sản xuất

từ gỗ Thông có độ bền cơ học cao, dùng để sản xuất giấy bao bì, giấy đặc biệt Gỗ thông là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất bột cơ

Về cấu tạo, thì gỗ lá kim là nguyên liệu tốt cho sản xuất bột giấy, nhất là sản xuất bột cơ, nhưng gỗ cây lá kim sử dụng cho sản xuất bột giấy phải là loại có hàm lượng nhựa thấp, trường hợp ngược lại, khi sử dụng sẽ gây ảnh hưởng tới quá trình

vận hành, tiêu hao hóa chất và chất lượng giấy

1.4 Ảnh hưởng của nhựa cây đến quá trình sản xuất tại một số nhà máy

bột giấy và giấy trong nước

Từ thực tiễn sản xuất tại Tổng công ty Giấy Việt Nam cho thấy rằng, nhựa cây

có ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất bột giấy và giấy Đối với quá trình sản xuất bột giấy và giấy, sự có mặt của nhựa cây trong lưu trình vật chất, gây kết bám bề mặt thiết bị, hình thành vết (đốm) trên giấy, làm cho thiết bị hoạt động kém hiệu quả, giảm năng suất, tăng chi phí bảo trì thiết bị, chi phí vận hành và tăng tỷ lệ khuyết tật sản phẩm

Nhựa cây bám dính vào lưới lô rửa của máy rửa chân không thùng quay, lô rửa máy rửa ép vắt, làm giảm hiệu quả rửa bột giấy Nhựa cây kết hợp cùng với các chất

vô cơ gây nên hiện tượng đóng cặn nghiêm trọng trên bề mặt trao đổi nhiệt của buồng đốt thiết bị chưng bốc dịch đen, nhất là thiết bị chưng bốc màng dâng, đặc biệt

là khi sử dụng nguyên liệu gỗ tươi, làm giảm năng suất chưng bốc, tiêu hao hơi, vì vậy thiết bị phải thường xuyên dừng để vệ sinh mới hoạt động bình thường được Nhựa kết thành bè mảng dày, nổi trên bể oxy hóa dịch đen loãng, gây khó khăn cho quá trình oxy hóa dịch đen bằng oxy không khí Nhựa thường kết dính với nhau, liên kết với lignin trong dịch đen cấp cho chưng bốc, làm giảm khả năng bốc hơi nước trong dịch đen, gây tiêu hao hơi cho chưng bốc

Mặt khác, do nhựa cây bị thủy phân trong môi trường kiềm khi tẩy trắng bột giấy, còn lại trong bột tẩy trắng, khi sử dụng cho sản xuất giấy sẽ tương tác với các hóa chất phụ gia, tạo kết tủa, xuất hiện bám dính làm bẩn lưới xeo, lô ép, lô sấy, chăn Nhựa cây bám dính nhiều có thể gây đứt giấy, gây khuyết tật trên giấy như giấy thủng, giấy mỏng (ở vị trí có nhựa cây),

Hiện nay, để giảm các vấn đề do nhựa gây nên, Tổng Công ty Giấy Việt Nam đang áp dụng một số giải pháp như sau:

- Đối với nguyên liệu gỗ: đảm bảo thời gian lưu giữ gỗ trục tại bãi nguyên liệu khoảng 2 - 3 tháng, thời gian lưu giữ dăm mảnh trên 15 ngày, đồng thời tăng cường rửa gỗ và dăm mảnh trước khi sử dụng;

- Đối với công đoạn sản xuất bột: sử dụng chất phân tán nhựa nhằm mục đích chia nhỏ các hạt nhựa, giảm khả năng bám dính của chúng lên bề mặt xơ sợi

- Đối với công đoạn sản xuất giấy: sử dụng dầu hỏa trong những lần dừng máy

để loại bỏ nhựa bám trên lưới, chăn, bề mặt lô (không định kỳ) Ngoài ra, còn sử dụng một số hóa chất chống bám dính, tuy nhiên không hiệu quả

- Đối với công đoạn thu hồi hóa chất: sử dụng chất phân tán nhựa ở tubel để phân tán các hạt nhựa trong dịch đen, tăng khả năng tiếp xúc của của dịch đen với bề mặt trao đổi nhiệt, tăng khả năng chưng bốc, giảm lượng hơi tiêu tốn Ngoài ra, sử dụng một số hợp chất hữu cơ để rửa cặn làm tăng diện tích tiếp xúc với hơi gia nhiệt (vệ sinh định kỳ hàng năm)

Tương tự như Tổng công ty Giấy Việt Nam, tuy mới đi vào hoạt động nhưng Công ty cổ phần Giấy An Hòa cũng đang gặp phải những vấn đề do nhựa gây ra trong quá trình sản xuất, như hiện tượng nhựa cây kết hợp với các chất vô cơ, hóa chất nấu tạo nên những mảng cặn bám trên thành nồi nấu liên tục, gây tiêu hao năng lượng, hóa chất nấu

Trong dây chuyền sản xuất giấy của Công ty cổ phần Giấy An Hòa, nhựa cây cũng ảnh hưởng trong quá trình hình thành tờ giấy, xuất hiện kết tủa, bám dính trên chăn, lưới, lô làm giảm năng suất, giảm hiệu quả quá trình sản xuất Ngoài ra, nhựa cây gây những khuyết tật cho tờ giấy, giảm mỹ quan sản phẩm, ảnh hưởng đến chất lượng giấy thương phẩm

Nhựa cây còn ảnh hưởng đến công đoạn chưng bốc, thu hồi dịch nấu Hầu hết các thiết bị chưng bốc đều xuất hiện cặn bám trên thành thiết bị, bề mặt trao đổi nhiệt nên giảm hiệu quả chưng bốc, nồng độ dịch đen thu được khoảng 65% Sự xuất hiện của cặn bám trên các ống trao đổi nhiệt gây tiêu hao hơi cho chưng bốc Hiện nay Công ty chưa sử dụng hóa chất để giải quyết các vấn đề do nhựa gây ra, mà mới chỉ

áp dụng một số biện pháp, như đục cặn (ở nồi nấu), sử dụng nước cao áp với các hiệu chưng bốc màng dâng, rửa thiết bị chưng bốc màng rơi,…

Từ những vấn đề đã trình bày ở trên, có thể thấy:

- Thành phần các chất trích ly hay “nhựa cây” trong các loại gỗ nguyên liệu tương đối đa dạng, vừa có cấu trúc hóa học không đồng nhất và các tính chất vật

lý phức tạp Nhìn chung, nhựa cây có thể phân chia thành hai nhóm chính đó là nhóm có thể xà phòng hóa được và thuỷ phân được như các axít nhựa, axít béo, triglyxerit, steryl este và nhóm các hợp chất không xà phòng hoá được như các sterol hoặc este của chúng với axít béo Tỷ lệ hàm lượng các hợp chất nhựa xà phòng hoá được và không xà phòng hoá được là một chỉ số quan trọng cho phép

dự báo khả năng loại bỏ nhựa trong quá trình sản xuất bột giấy

- Trong các loại gỗ lá kim nguyên liệu giấy, nhựa thường được chứa chủ yếu trong các kênh dẫn nhựa và trong các túi nhựa Nhựa gỗ lá kim nhìn chung dễ loại bỏ trong quá trình sản xuất bột giấy do sự tiếp cận dễ dàng của các tác nhân nấu và tẩy với nhựa trong các kênh dẫn nhựa và túi nhựa Mặt khác, tỷ lệ giữa nhựa xà phòng hóa được so với nhựa không xà phòng hóa được trong gỗ lá kim rất cao, thuận lợi cho quá trình phân tán và hòa tan nhựa vào trong dịch nấu Nhựa trong các loại gỗ lá rộng nguyên liệu giấy (gỗ dương, bulô, bạch đàn, keo

…) thường được chứa trong các tế bào nhu mô tương đối khó tiếp cận với các hóa chất nấu Tỷ lệ giữa nhựa xà phòng hóa được và không xà phòng hóa được của

gỗ lá rộng thấp hơn nhiều so với gỗ lá kim do đó nhựa gỗ cứng khó loại bỏ hơn so với nhựa gỗ lá kim

Nhựa cây gây những vấn đề nghiêm trọng đối với quá trình sản xuất bột giấy

và giấy, vì vậy việc nghiên cứu thành phần, tính chất và sự biến đổi của chúng trong quá trình sản xuất là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn, nhằm đưa ra các giải pháp kiểm soát và xử lý, để nâng cao hiệu quả quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm bột giấy và giấy

Nghiên cứu này được thực hiện với công đoạn đầu tiên của quá trình sản xuất bột giấy, là tồn trữ và bảo quản nguyên liệu gỗ Trong nước chưa có nghiên cứu sâu nào được tiến hành một cách hệ thống

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu gỗ và phương pháp lấy mẫu

Nguyên liệu gỗ sử dụng cho nghiên cứu là gỗ bạch đàn và gỗ keo (5,6 và 7 tuổi), được lấy từ Công ty Lâm nghiệp Tam Thanh – Phú Thọ

Nguyên liệu được khai thác vào mùa Xuân, Hạ và Thu Cây sử dụng cho quá trình nghiên cứu có mức độ phát triển sinh khối trung bình Mỗi loại nguyên liệu lấy

10 cây ở các vị trí khác nhau trên diện tích khoảng 1 hecta rừng trồng Keo tai tượng

có chiều dài cả cây khoảng 18-25 m, chu vi gốc 72-82 cm, chu vi tầm 1,3 m khoảng 60-64 cm, chiều dài phần gỗ 9-12 m Bạch đàn urô có chiều dài cây 21-23 m, chu vi gốc 65-74 cm, chu vi tầm 1,3 m khoảng 18-24 cm, chiều dài phần lấy gỗ 13-14 m

Từ phần gỗ của mỗi cây lấy 3 đoạn dài 1,3 m ở các vị trí gốc, thân và ngọn Sự phân chia các phần của cây mang tính tương đối, theo thông lệ khai thác của Lâm trường

2.2 Phương pháp bảo quản nguyên liệu trên sân bãi

Sân bảo quản nguyên liệu là sân bê tông, trên mặt sân đặt các khúc gỗ lót nền

để thông gió và thoát nước Các mẫu nguyên liệu được giữ nguyên vỏ và bảo quản bằng cách được xếp đống không mái che, trên gỗ lót nền

2.3 Chuẩn bị nguyên liệu cho phân tích

Sau thời gian bảo quản nhất định (15,30,45 và 90 ngày), mẫu gỗ trục được cắt thành khoanh dày 20 - 25 mm, sau đó được bóc vỏ và chẻ thành mảnh có kích thước (rộng x dày) = (20 x 2,5) mm Mảnh nguyên liệu sau đó được phơi khô gió và bảo quản trong túi nilon kín và sử dụng cho nghiên cứu

Để phân tích thành phần hóa học và hàm lượng các chất trích ly, dăm mảnh gỗ được nghiền nhỏ, sàng chọn lấy phần qua sàng 0,4 mm và trên sàng 0,3 mm Bột gỗ sau đó được làm đều theo phương pháp tứ phân, để bão hòa ẩm trong 48 h, rồi được bảo quản trong túi nilon kín và sử dụng cho nghiên cứu

2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu 2.4.1 Xác định độ ẩm nguyên liệu

Độ ẩm nguyên liệu, các sản phẩm trung gian và sản phẩm phân tích được xác định theo phuơng pháp:

Cân khoảng 1±0,1g bột gỗ khô gió, chính xác đến 0,1mg (cân trực tiếp bằng chén cân có nắp đã được sấy ở 105o

C  3 đến khối lượng không đổi) Đưa chén cùng bột gỗ vào sấy trong tủ sấy và sấy ở 105 3oC trong vòng 3 giờ, mở nắp chén cân khi sấy Kết thúc thời gian sấy, đậy nắp chén lại và lấy nhanh ra khỏi tủ, cho vào bình hút ẩm, làm nguội trong bình hút ẩm trong vòng 10 phút, sau đó cân và xác định khối lượng Cân xong tiếp tục sấy lại 3 lần, mỗi lần trong vòng 1 giờ, làm nguội và cân tới khối lượng không đổi, tức khối lượng của hai lần cân liên tiếp không chênh lệch nhau quá 0,002g Thí nghiệm được tiến hành đồng thời với hai chén của cùng một mẫu bột gỗ

Độ ẩm tương đối của gỗ được tính theo công thức:

Trong đó: m - khối lượng chén cân (g);

m 1 - khối lượng chén cân và bột gỗ trước khi sấy (g);

m 2 - khối lượng chén và bột gỗ sau khi sấy (g)

Sai số giữa kết quả (độ ẩm) của hai lần xác định song song không được vượt quá 0,5% Độ ẩm tương đối của bột gỗ là kết quả trung bình cộng của hai mẫu song song

Hệ số khô của bột gỗ được tính theo biểu thức sau:

m m





Độ khô của mẫu bột gỗ (%) = 100K

2.4.2 Xác định độ tro của gỗ bằng phương pháp đốt

Độ tro được xác định theo TAPPI T211 cm-93:

Cho chén nung có nắp vào lò nung ở nhiệt độ 575±25oC và nung trong vòng 15 phút, làm nguội ngoài không khí 2-3 phút và trong bình hút ẩm khoảng 10 phút cân Thao tác lặp lại tới khi thu được khối lượng không đổi