KHẢO SÁT MỘT SỐ THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HÌNH THÁI XƠ SỢI CỦA CÂY CỎ BÀNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT GIẤY

TÓM TẮT Tên đề tài “Khảo sát một số thành phần hóa học và hình thái xơ sợi của cây cỏ bàng làm nguyên liệu sản xuất bột giấy” được thực hiện tại phòng phân tích vi phẫu gỗ khoa lâm nghiệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

****************

CHÂU NGUYỄN NGÂN HÀ

KHẢO SÁT MỘT SỐ THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HÌNH THÁI XƠ SỢI CỦA CÂY CỎ BÀNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

****************

CHÂU NGUYỄN NGÂN HÀ

KHẢO SÁT MỘT SỐ THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HÌNH THÁI XƠ SỢI CỦA CÂY CỎ BÀNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN

XUẤT BỘT GIẤY

Ngành: Công Nghệ Sản Xuất Giấy & Bột Giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS.LÊ TIỂU ANH THƯ

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 7/2011

LỜI CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn:

− Ba mẹ, em trai và tất cả những người thân đã ủng hộ, chăm lo và giúp đỡ em về mặt

tinh thần lẫn vật chất trong suốt thời gian học và làm đề tài

− Ban Giám Hiệu cùng toàn thể giáo viên trường Đại Học Nông Lâm TPHCM

− Quý thầy cô khoa lâm nghiệp, đặc biệt là quý thầy cô bộ môn Công Nghệ Sản Xuất

Giấy Và Bột Giấy

− Cô Th.S Lê Tiểu Anh Thư, giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tâm giảng dạy và giúp

đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

− Cô Th.S Nguyễn Thị Ánh Nguyệt đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện thí

nghiệm

− Các anh chị tại viện phân tích hóa sinh của trường Đại Học Nông Lâm, đặc biệt cô

Th.S Phùng Võ Cẩm Hồng đã tận tình hướng dẫn khi phân tích thành phần hóa học của cỏ

bàng

− Tất cả bạn bè đã giúp đỡ, hỗ trợ, động viên và chia sẻ những khó khăn trong quá trình

học tập cũng như trong thời gian thực hiện đề tài

Ngày tháng năm 2011

TÓM TẮT

Tên đề tài “Khảo sát một số thành phần hóa học và hình thái xơ sợi của cây cỏ bàng làm nguyên liệu sản xuất bột giấy” được thực hiện tại phòng phân tích vi phẫu gỗ khoa lâm nghiệp, viện nghiên cứu sinh học và môi trường trường nông lâm TPHCM, trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản, giấy và bột giấy Thời gian thực hiện đề tài từ 21/2/2011 đến 21/6/2011 Nội dung của đề tài bao gồm các công đoạn sau: Xác định thành phần hóa học và hình tái sơ xợi nguyên liệu cỏ bàng lấy từ huyện Đức Huệ, tỉnh Long An Quá trình khảo sát đã đạt được những kết quả sau:

Nguyên liệu cỏ bàng đã đạt được chỉ tiêu sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy với hàm lượng cellulose chiếm 33,01%, lignin chiếm 20,03%, pentosan chiếm 16,19%, chất tan trong alcol – benzene chiếm khoảng 8,15%, chất tan trong nước nóng chiếm khoảng 12,54%, chất tan trong NaOH 1% chiếm 48,34%, hàm lượng tro khoảng 8,32%, hàm lượng SiO2 khoảng 3,39% Kích thước xơ sợi đo được như sau: chiều dài trung bình của xơ: 1150,37 µm, đường kính: 5,41µm, tỷ lệ dài rộng (độ mãnh): 202,39

2.1.2   Tầm quan trọng của giấy và ngành giấy đối với nền kinh tế Việt Nam: 3   2.2   Lịch sử phát triển của ngành giấy Việt Nam: 4   2.3   Những nguyên tắc cơ bản quy định cho nguyên liệu làm giấy: 6   2.3.1   Tiêu chuẩn thành phần hóa học của nguyên liệu: 6   2.3.2   Tiêu chuẩn về thành phần kích thước xơ sợi, đặc điểm cấu trúc tế bào thực

2.3.3   Tiêu chuẩn về tốc độ tăng trưởng và trữ lượng: 9  

3.  Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 

3.3.1   Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: [12] 12  

4.  Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 15  4.1   Đặc điểm cấu trúc tế bào thực vật và kích thước xơ sợi: 15   4.2   Đặc điểm thành phần hóa học của cỏ bàng: 18   4.2.1   Kết quả khảo sát thành phần hóa học chung của nguyên liệu cỏ bàng: 18   4.2.2   Hàm lượng chất tan trong Alcol – Benzen: 18   4.2.3   Hàm lượng chất tan trong nước nóng: 19   4.2.4   Hàm lượng chất tan trong dung dịch NaOH 1%: 20   4.2.5   Hàm lượng tro và SiO 2 trong tro: 22  

PHỤ LỤC 2: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT TAN TRONG DUNG

PHỤ LỤC 3: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT TAN TRONG NƯỚC

PHỤ LỤC 8: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢN LIGNIN 43 

PHỤ LỤC 9: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CELLULOSE 45 

PHỤ LỤC 10: CHIỀU DÀI XƠ SỢI VÀ ĐỘ MÃNH CỦA XƠ SỢI 47 

DANG SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

GDP: Gross domestic product

TAPPI: technical Association of the pulp and paper industry ThS: Thạc sĩ

TPHCM: thành phố Hồ Chí Minh

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG

Bảng 2.1: Đóng góp của giá trị ngành giấy trong GDP 4

Bảng 2.2: Tăng trưởng và cơ cấu cung cầu, xuất nhập khẩu giấy trong những năm

gần đây 6

Bảng 2.3: Hàm lượng các chất cơ bản cho nguyên liệu 6

Bảng 4.1: Tỉ lệ xơ sợi trong nguyên liệu 15

Bảng 4.2: So sánh chiều dài xơ sợi giữa các nguyên liệu 16

Bảng 4.3: Kết quả của thành phần hóa học chính cần phải chú ý của cỏ bàng 18

Bảng 4.4: So sánh hàm lượng chất tan trong alcol – benzene với các nguyên liệu

Bảng 4.7: So sánh hàm lượng tro của cỏ bàng và các loại nguyên liệu khác 22

Bảng 4.8: So sánh hàm lượng pentosan của nguyên liệu cỏ bàng với các loại

Bảng 4.9: So sánh hàm lượng lignin của cỏ bàng với các nguyên liệu khác 24

Bảng 4.10: Hàm lượng cellulose của cỏ bàng so với các nguyên liệu khác 25 

DANH SÁNH HÌNH

TRANG Hình 2.1: Bông (a), thân (b), rễ (c) cây cỏ bàng 11 

Hình 4.2: Hình thái xơ sợi của mẫu thí nghiệm nhìn qua kính hiển vi 17 

1 Chương 1:

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề:

Đến giữa thế kỷ XIX, nguyên liệu làm giấy là các loại vải vụn ngày càng không

đủ cho nhu cầu giấy đang tăng, thúc đẩy sự tìm kiếm, thay thế bằng nguồn nguyên liệu thực vật Ngày nay nguyên liệu làm giấy đi thẳng từ Cellulose - thành phần chính của

tế bào thực vật Ngành giấy đã sử dụng hầu hết các loại gỗ cứng và gỗ mềm như thông, bạch đàn, bồ đề, gỗ cao su già…và các loại phi gỗ như tre nứa, rơm rạ, bã mía, cây đay…để sản xuất bột giấy Đến cuối thập kỷ 70 thế giới sử dụng 90% lượng bột giấy từ gỗ, nhưng làm sao có đủ lượng gỗ để thỏa mãn sức tiêu thụ hơn 200 triệu tấn bột giấy mỗi năm của thế giới khi mà sản xuất 1 tấn bột cần đến 3 tấn gỗ khô tuyệt đối

và phải cần từ 10 đến 30 năm mới trồng được 1 thế hệ gỗ mới Ở các nước ôn đới chu

kỳ khai thác cây lá kim là 20 đến 30 năm, cây gỗ lá rộng là 10 đến 20 năm Ở Việt Nam khai thác gỗ rừng trồng cần 6 đến 8 năm, gỗ rừng tự nhiên 15 đến 30 năm Điều này gây khó khăn cho việc đảm bảo sản xuất liên tục Không những vậy, theo SaiGon Paper có thống kê sơ bộ thị trường ngành giấy trong nước 2 tháng đầu năm 2011 gặp nhiều trở ngại lớn trên lộ trình ổn định giá bán do ảnh hưởng của tỷ giá và giá các loại nguyên nhiên liệu đầu vào liên tục tăng cao do đó một số doanh nghiệp sản xuất giấy trong nước đã tăng giá bán cao hơn cả giá giấy nhập khẩu dẫn đến nguy cơ không thể cạnh tranh nổi với thị trường nước ngoài Theo các nhà kinh tế cũng có nhận xét về ngành giấy của nước ta trong năm 2010 đến năm 2020, ngành giấy Việt Nam có thể đáp ứng 70% nhu cầu tiêu dùng trong nước, đẩy mạnh xuất khẩu các mặt hàng giấy, khoảng 600.000 tấn bột giấy vào năm 2010 và 1.800.000 tấn vào năm 2020 [12]

Đứng trước tình hình thiếu nguyên liệu, ngành giấy đang có khuynh hướng phát triển gây trồng các loại nguyên liệu có tốc độ tăng trưởng nhanh luân kỳ khai thác ngắn hơn như thông, một số loại tre, bạch đàn, bồ đề, các loại keo… để có thể tự túc được về nguyên liệu đầu vào Cây cỏ bàng còn gọi là bàng hay cói bàng cũng là một mục tiêu đang được xem xét tới Trước kia, cỏ bàng được người dân đồng bằng sông

Cửu Long thu hoạch để làm các sản phẩm thủ công mỹ nghệ, như là để đan đệm, làm nón, bao bì, làm nóp, lợp nhà tranh Cỏ bàng được tìm thấy ở những vùng đất nước phèn chua, nhiễm mặn như ở Đồng Tháp Mười, Hà tiên, Long An , thường mọc thành những cánh đồng, có quanh năm, dễ trồng và không mất nhiều công sức chăm sóc

Để tìm hiểu thêm về khả năng sử dụng làm nguyên liệu ngành giấy của cây cỏ bàng, được sự chấp thuận của khoa Lâm Nghiệp trường đại học Nông Lâm thành phố

Hồ Chí Minh và sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn ThS Lê Tiểu Anh Thư tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu tìm hiểu về thành phần hóa học của cây và khả năng sản xuất bột giấy của cây cỏ bàng

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Với một số ưu điểm kể trên, cỏ bàng có thể làm một loại nguyên liệu tiềm năng cho ngành giấy, chính vì vậy thông qua việc tìm hiểu về nguyên liệu này tôi hy vọng

sẽ đưa ra được những thông tin cụ thể và dự đoán một số khó khăn có thể gặp phải trong quá trình sử dụng nguyên liệu này mà chủ yếu là quá trình sản xuất bột giấy

Tính chất tạo giấy của một loại bột được hiểu là khả năng của loại bột đó có thể tạo thành sản phẩm giấy vừa có sự phân tán của xơ sợi vừa cho độ bền cao Tính chất của giấy phụ thuộc nhiều vào bản chất của vật liệu xơ sợi làm ra nó, kích thước xơ sợi

và hàm lượng các chất trong nguyên liệu là thông số cần thiết trong quá trình sản xuất bột giấy Nghiên cứu các thông số này giúp đem lại hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng nguyên liệu sản xuất bột giấy bằng cách pha trộn thích hợp tỷ lệ các loại nguyên liệu với nhau, nhờ đó giảm chi phí đầu vào

1.3 Mục tiêu nghiên cứu:

Xác định một số đặc điểm và tính chất của nguyên liệu cỏ bàng có ảnh hưởng đến quá trình sản xuất bột giấy như kích thước xơ sợi, thành phần hóa học, từ đó khái quát được khả năng sản xuất bột giấy của loại nguyên liệu này

1.4 Nội dung nghiên cứu:

Trong phạm vi đề tài này, do thời gian có hạn nên đề tài chỉ đề cập đến một số đặc điểm xơ sợi và thành phần hóa học của cỏ bàng có liên quan đến khả năng sản xuất bột giấy của nguyên liệu này

2 Chương 2:

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan ngành công nghiệp giấy:

2.1.1 Khái niệm về sản phẩm giấy:

Giấy là một sản phẩm của xơ sợi cellulose có dạng tấm, trong đó sợi và các phần xơ sợi được liên kết với nhau tạo mạng không gian ba chiều Sự tạo hình tờ giấy được chuẩn bị từ huyền phù của bột giấy trong môi trường nước, qua một mặt lưới mịn, nước được lấy đi và để lại trên lưới một lớp đệm sợi Tập hợp sợi này kế đó được qua trục ép để vắt hết nước rồi được sấy khô và sản phẩm cuối cùng gọi một cách khái quát là giấy Trong đa phần các trường hợp, có thể nói giấy bao gồm hai thành phần cơ bản là xơ sợi và phụ gia Các phụ gia không mang bản chất xơ sợi, điều này cho thấy rằng không những tính chất vật lý mà các tính chất hóa học của xơ sợi giữ một vai trò quan trọng đối với tính chất của tờ giấy [8]

2.1.2 Tầm quan trọng của giấy và ngành giấy đối với nền kinh tế Việt Nam:

Thế giời ngày càng phát triển, các phương tiện lưu trữ bằng công nghệ thông tin ngày càng phát triển, tuy nhiên giấy vẫn là sản phẩm tiêu dùng không thể thiếu trong cuộc sống con người Giấy được dụng trong nhiều lĩnh vực như: hoạt động giáo dục, in

ấn, báo chí, văn học, hội họa… Ngoài ra giấy còn được sử dụng để bao gói hàng hóa

và làm vật liệu trong xây dựng

Ngành giấy và bột giấy là một trong những ngành quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp một giá trị GDP của cả nước, góp phần tạo công ăn việc làm cho hang chục nghìn lao động, góp phần cải thiện và nâng cao chất lượng đồi sống cho nhân dân, ngành giấy càng phát triển thì càng phản ánh sự phát triển của xã hội Thật vậy theo kế hoạch, đến năm 2012, hàng loạt dự án sản xuất bột giấy lớn, cả bột hoá (bột nấu tẩy cho sợi dài) và bột cơ (bột mài) đồng loạt đi vào hoạt động, năng lực sản xuất bột giấy toàn ngành sẽ tăng rất cao, Việt Nam sẽ là nước xuất khẩu bột giấy có vị thế trên thế giới và buộc có một đợt đầu tư mới để sử dụng số bột trong nước làm ra nhằm sản xuất các mặt hàng mới Theo số liệu thống kê, năm 2008 cả nước nhập khẩu khoảng 155.000 tấn bột các loại và năm 2009 lượng bột nhập sẽ giảm do nhu cầu trong

nước giảm và một số dự án lớn của tư nhân và các nhà đầu tư nước ngoài bắt đầu hoạt động

Đáng chú ý là năm 2009 dự án VinaKraft có công suất 220.000 tấn/năm và 2 dự

án tư nhân tại Bến Tre và Hải Phòng có công suất trên 100.000 tấn/năm sẽ được đưa vào hoạt động Lần lượt trong các năm tiếp theo sẽ là dự án An Hoà, Tân Mai, Phương Nam (Long An), Incomex (Quảng Nam), Sài Gòn - Bình Định (của Tập đoàn Tân Tạo đầu tư tại Bình Định), Lee&Man, Tổng Công ty Giấy Việt Nam… sẽ đưa năng lực sản xuất bột giấy các loại tăng thêm gần 1,5 triệu tấn [13]

Như vậy vào năm 2011, toàn bộ năng lực sản xuất của ngành (giấy và bột giấy) vào khoảng 2,8 triệu tấn, trong khi tiêu dùng trong nước dự kiến 2 - 2,2 triệu tấn

Với một bức tranh khá rõ ràng về sự phát triển của ngành giấy như vậy, lời khuyên từ Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam là những nhà đầu tư có ý định đầu tư vào ngành giấy nên đầu tư các dự án bột giấy có quy mô lớn để giảm chi phí và dễ xử

lý tác nhân gây ô nhiễm môi trường

Đồng thời, nên chú trọng đầu tư các sản phẩm giấy cao cấp mà hiện nay trong nước chưa sản xuất được, chủ yếu phải nhập khẩu trong ngành in ấn, bao bì… Có như vậy mới tránh được tình trạng cạnh tranh nội bộ giữa các doanh nghiệp trong nước, thiếu hụt nguyên liệu sản xuất do vùng nguyên liệu không đủ sản lượng đáp ứng năng lực sản xuất của các nhà máy [7]

Bảng 2.1: Đóng góp của giá trị ngành giấy trong GDP

2.2 Lịch sử phát triển của ngành giấy Việt Nam:

Ngành giấy là một trong những ngành phát triển rất sớm ở Việt Nam, khoảng năm 284 Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy được làm bằng phương pháp thủ công để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng mã…

Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp

đi vào hoạt động với công suất 4000 tấn/năm tại Việt Trì Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết đều có công suất nhỏ (dưới 20000 tấn/năm) như nhà máy giấy Việt Trì, nhà máy giấy Đồng Nai, nhà máy giấy Tân Mai… Năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72000 tấn/năm nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy nên sản lượng thực tế chỉ đạt được 28000 tấn/năm

Năm 1982, nhà máy giấy Bãi Bằng do chính phủ Thụy Điển tài trợ đi vào sản xuất với công suất thiết kế là 52000 tấn bột giấy/năm và 55000 tấn giấy/năm, đây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ lý và tự động hóa Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như điện, hóa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho sản xuất

Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung bình 11% năm trong giai đoạn 2000-2006; tuy nhiên, nguồn cung như vậy chỉ đáp ứng 64% nhu cầu tiêu dùng (năm 2008) phần còn lại phải nhập khẩu Mặc dù có sự tăng trưởng đáng kể tuy nhiên tới nay đóng góp của ngành về tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn rất nhỏ

Trong những năm gần đây, ngành giấy của nước ta đã không ngừng lớn mạnh nhất là sản lượng tiêu thụ nội địa Tuy nhiên, hiện tại các nhà máy sản xuất vẫn còn phải phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu bột giấy nhập khẩu Ngành giấy đã triển khai xây dựng và sẽ sớm đưa vào hoạt động nhà máy bột giấy Phương Nam (dự kiến sẽ khởi động vào năm 2012), nhà máy bột và giấy An Hoà, nhà máy giấy và bột giấy Thanh Hoá, mở rộng nhà máy giấy Bãi Bằng giai đoạn 2… nhằm thay chủ động nguyên liệu bột giấy trong nước “Với những dự án này sẽ làm cho công suất của những công ty này tăng lên gấp bội và chúng ta sẽ tăng được sản lượng bột giấy nguyên liệu trong nước để không còn phụ thuộc quá nhiều vào bột giấy nhập khẩu” Công ty CP Tập đoàn Tân Mai đã chuẩn bị khá tốt cho việc mở rộng sản xuất như: công ty đã mua lại toàn bộ nhà máy sản xuất bột giấy và giấy gồm 4 dây chuyền từ Canada để xây dựng 4 nhà máy mới tại Kon Tum, Đồng Nai, Quảng Ngãi và Lâm Đồng Khi cả 4 nhà máy này đều đi vào hoạt động, Tân Mai sẽ có thêm 350.000 tấn giấy và 450.000 tấn bột giấy các loại (chưa kể 120.000 tấn giấy và 90.000 tấn bột giấy

trưởng và c

uyên tắc cơ

ẩn thành p Bảng 2.3: H

%22.18 %

Hàm lượng

%

ại diện Côngpháp căn bphát triển

nhập khẩu g

guyên liệu uyên liệu:

gần

c

a) Hàm lượng cellulose toàn phần:

Cellulose ((C6H10O5)n với n ≥ 200.000) chiếm 40 – 50% trọng lượng nguyên liệu, là thành phần cơ bản trong vách tế bào và là thành phần chủ yếu của xơ sợi Cellulose thuộc loại polysaccharide không có tính đường là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật, làm cho mô thực vật có tính bền cơ học, tính đàn hồi và là bộ xương cho tất cả các loại cây Hàm lượng cellulose càng cao thì chất lượng bột giấy càng tốt, chỉ tiêu này phải đảm bảo tối thiểu từ 35% trở lên so với nguyên liệu khô tuyệt đối Đây là chỉ tiêu quan trọng đầu tiên phải khảo sát vì nó là thành phần chính để tạo nên tờ giấy [14]

b) Hàm lượng lignin và hemicelluloses: [14]

Hemicellulose là polysaccharide phức tạp hơn cellulose vì nó có mạch ngắn hơn và có sự phân nhánh Tuy vậy hemicellulose thủy phân dễ hơn cellulose và được chia thành hai nhóm:

− Hexosan: dễ bị thủy phân và hòa tan trong dịch nấu

− Pentosan: khá bền vững dưới tác dụng của hóa chất do đã được định hướng theo cellulose

Sau cellulose, lignin là thành phần chủ yếu của vách tế bào Trong tế bào thực vật, lignin kém ổn định hơn so với cellulose Lignin là thành phần liên kết các tế bào của gỗ và quá trình sản xuất bột giấy là quá trình tác kích vào lignin để làm phân li tế bào sợi Nói cách khác, trong công nghiệp giấy lignin là thành phần cần loại để giải phóng các bó sợi và phải tẩy sạch phần xơ sợi có tồn lưu lignin để sợi cellulose đạt một độ thuần khiết về mặt hóa học

Nói chung, hàm lượng hemicellulose và lignin cần thấp để đỡ tiêu hao hóa chất

và rút ngắn thời gian nấu Tuy nhiên trong sản xuất bột giấy, lignin cần loại bỏ khỏi nguyên liệu triệt để, hemicellulose nếu có tỷ lệ hợp lý sẽ giúp cellulose đan dệt tốt hơn, làm tăng tính bền cơ lý của tờ giấy (hemicellulose có nhiều nhóm -OH nên háo nước khi thủy phân, làm cho liên kết giữa các xơ sợi chặt chẽ hơn) Nhưng nếu hàm lượng hemicellulose cao quá sẽ làm tính bền cơ lý của xơ sợi giảm, giấy dễ bị ố vàng

và giòn

c) Hàm lượng các thành phần phụ trợ

− Hàm lượng (%) các chất tan trong hỗn hợp alcol benzen: Biểu thị các thành phần nhựa, terpen, pectin, chất béo, sáp… có trong nguyên liệu Hàm lượng này cao sẽ làm tiêu tốn hóa chất nấu trong nguyên liệu Mặt khác, nghiên cứu chỉ tiêu này giúp ta quyết định lựa chọn phương pháp nấu nguyên liệu

− Hàm lượng (%) các chất tan trong dung dịch NaOH 1%: Biểu thị thành phần protein có trong nguyên liệu, hàm lượng này cao sẽ tiêu tốn hóa chất nấu và gây khó khăn cho quá trình xử lý bột sau nấu do có độ nhớt cao

− Hàm lượng (%) các chất tan trong nước nóng: Biểu thị hàm lượng các thành phần đường và tinh bột trong nguyên liệu Hàm lượng này càng thấp càng tốt, nếu quá cao sẽ làm tiêu tốn hóa chất nấu

− Hàm lượng (%) tro: Biểu trị thành phần muối khoáng trong nguyên liệu, chỉ tiêu này càng cao sẽ gây tiêu tốn hóa chất nấu nguyên liệu

− Hàm lượng (%) SiO2: Biểu thị tạp chất trong bột giấy, chỉ tiêu này được thể hiện dưới dạng axit silicic và các muối silicat Nếu hàm luợng này cao quá sẽ gây khó khăn cho quá trình làm sạch bột, làm tiêu hao hóa chất nấu và bào mòn các thiết bị trong quá trình chế biến

− Độ ẩm: Giúp kiểm tra tuổi các nguyên liệu khi khai thác có hợp lý không, khi nguyên liệu đã để khô gió, độ ẩm giúp ta xác định độ khô tuyệt đối của nguyên liệu và chọn nồng độ hóa chất, tỷ lệ dịch nấu thích hợp

2.3.2 Tiêu chuẩn về thành phần kích thước xơ sợi, đặc điểm cấu trúc tế bào thực

để làm giấy, lúc này cần có những xử lý thích hợp nhằm phát triển liên kết giữa các xơ sợi và điều này thường tiêu tốn nhiều năng lượng

a) Tương quan tỷ lệ thành phần kích thước xơ sợi

Sau khi tách lignin và các thành phần phụ trợ khác của nguyên liệu ta được một tập hợp xơ sợi được gọi là bột giấy Tỷ lệ thành phần và độ đồng đều của các loại xơ trong nguyên liệu, độ bền cơ lý của nó, tính chất hình học như kích thước, hình dạng xơ… là rất cần thiết để tạo nên tính chất đặc biệt của tờ giấy mà những dạng nguyên liệu khác không thể thay thế được Chỉ tiêu này giúp ta đánh giá chất lượng bột tốt hay xấu, quyết định sản xuất các mặt hàng cụ thể, giúp lựa chọn phương pháp sản xuất bột giấy

Kích thước xơ sợi còn giúp ta lựa chọn chế độ nghiền bột sau nấu hợp lý Sợi dài có thể tạo được bột dai nhưng khó tạo được giấy mịn với độ dày đồng đều Sợi ngắn làm độ bền cơ học của giấy giảm Chất lượng bột giấy được đánh giá là tốt khi tương quan tỷ lệ thành phần xơ sợi dài (>3000µm) phải cao, thành phần xơ sợi có chiều dài trung bình (>1500µm) chiếm tỷ lệ hợp lý và thành phần xơ sợi ngắn (<1000µm) có tỷ lệ rất thấp

Độ dài tương đối = chiều dài sợi / bề rộng sợi = độ mãnh

b) Đặc điểm cấu trúc tế bào thực vật:

Chỉ tiêu này giúp ta lựa chọn nguyên liệu và điều kiện nấu thích hợp Về nguyên liệu làm giấy phải chọn các loại gỗ có cấu trúc mạng lưới, có các liên kết giữa các tế bào không quá chặt chẽ để hóa chất thẩm thấu dễ dàng, phản ứng xảy ra đồng đều mọi nơi của mảnh nguyên liệu, quá trình nấu nhờ vậy sẽ nhanh hơn Chỉ tiêu này được biểu hiện trên khối lượng riêng của nguyên liệu, cấu tạo tế bào chặt, các mao quản xếp khít lại, khối lượng riêng sẽ cao Khi so sánh các loại nguyên liệu phải so sánh ở cùng trạng thái khô tuyệt đối

2.3.3 Tiêu chuẩn về tốc độ tăng trưởng và trữ lượng:

Hai tính chất này là cơ sở để đánh giá chất lượng bột và giấy của nguyên liệu để làm giấy Nguyên liệu phải có trữ lượng lớn, tập trung theo vùng để có thể tổ chức khai thác công nghiệp được, phải dễ khai thác, tiện giao thông vận chuyển về nơi sản xuất Công tác tồn trữ và bảo quản thuận lợi dễ dàng, ít bị hao hụt, khó mục nát bởi nấm mốc hay vi sinh Vấn đề năng suất, chu kỳ sinh trưởng, phương thức canh tác, chăm sóc và thu hoạch cũng phải được chú ý Nếu nguyên liệu có tốc độ tăng trưởng

chậm, trữ lượng không lớn thì không đảm bảo luân kỳ khai thác sản xuất liên tục, không đảm bảo tiêu chuẩn nguyên liệu làm giấy

Trong chế biến sản xuất bột giấy thì các xí nghiệp phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu sản xuất, nếu nguyên liệu có chất lượng tốt nhưng tốc độ tăng trưởng chậm và trữ lượng không lớn thì sẽ không đảm bảo đủ nguồn nguyên liệu cho xí nghiệp hoạt động

→ Tất cả các yếu tố này tổng hợp nên giá thành sản phẩm, đáp ứng điều kiện sản xuất của mỗi xí nghiệp, nhà máy và nền kinh tế quốc dân

2.4 Tổng quan về cây cỏ bàng:

2.4.1 Sự phát triển:

Cỏ bàng thuộc họ cói dùng để dệt chiếu và sản xuất các mặt hàng thủ công mỹ nghệ đặc sắc Theo sách Vân Đài Loại Ngữ của Lê Quý Đôn, cách đây trên 5 thế kỷ nhân dân ta đã biết trồng và sử dụng chúng Có thể nói cây họ cói là một lọai cây đặc biệt ở vùng nhiệt đới Từ xa xưa nhân dân ta đã biết tận dụng chúng để chế biến các sản phẩm phục vụ đời sống con người

2.4.2 Đặc điểm của cây cỏ bàng:

2.4.2.1 Đặc điểm thực vật học: [9

Cây cỏ bàng, còn gọi là bàng hay cói bàng, có danh pháp khoa học là Lepironia articulata, thuộc chi lepironia nằm trong họ cói

Bàng là cây thân thảo nhiều năm có thân dưới (căn hành) cứng, to khoảng 8-10

mm, nằm ngang trong bùn Thân cỏ bàng thẳng đứng cao khoảng 1 m đến 2 m, có ngấn ngang, đáy có 3 - 4 bẹ, các lá ở gốc thường tiêu giảm thành bao nhau cao 15 -20

cm Gié hoa ở chót thân (tức là ngọn) cao khoảng 1,5 đến 2,0 cm và rộng đến 1 cm Bông quả cao 3 - 4 mm Vòi nhụy chẻ hai, trổ bông quanh năm

Nhiệt độ thích hợp phát triển là 22oC đến 28oC, độ ẩm không khí thích hợp khoảng 85% Thích hợp với đất phù sa nhiều mùn, có pH khoảng 6 – 7, chịu mặn khoảng 0,15%, chịu ngập thủy triều

− Địa điểm tiến hành thí nghiệm: Phòng phân tích vi phẫu gỗ khoa Lâm Nghiệp, Viện sinh học và môi trường, Phòng thí nghiệm trung tâm chế biến lâm sản và nghiên cứu bột giấy và giấy

− Thời gian tiến hành thí nghiệm: lấy mẫu trong tháng 02/2011, đã tiến hành thí nghiệm đến tháng 6/2011

− Phương pháp lấy mẫu: Cỏ bàng được lấy ngẫu nhiên từ ngọn đến gốc (không lấy rễ và bông) ở một số cánh đồng khác nhau trong khu vực, để khô tự nhiên trong không khí

− Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu: Đất ở đây là nơi chuyển tiếp giữa Đông Nam Bộ và ĐBSCL với mẫu đất là phù sa cổ và phù sa mới cùng các vật liệu sinh phèn xen kẽ phủ lên nhau, bị nhiễm mặn nặng nhất là vào mùa khô Khí hậu mang tính chất đặc trưng nhiệt đới gió mùa với nền nhiệt cao đều quanh năm, ánh sáng dồi dào, lượng mưa khá lớn và phân bố theo mùa, nhiệt độ bình quân năm là 27,2oC

3.2 Nội dung nghiên cứu:

Để làm rõ mục tiêu đề tài, đề tài cần nghiên cứu những nội dung sau đây:

− Khảo sát thành phần hóa học của cây cỏ bàng: hàm lượng tro, hàm lượng pentosan, hàm lượng licnin, hàm lượng chất tan trong NaOH 1%, hàm lượng chất tan trong nước nóng, hàm lượng chất tan trong alcol benzene

− Khảo sát đặc điểm cấu trúc tế bào thực vật và thành phần kích thước xơ sợi

3.3 Phương pháp nghiên cứu:

3.3.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: [12]

Dựa trên cơ sở hệ thống tiêu chuẩn trong nước và thế giới như:

a) Nghiên cứu hình thái sợi gỗ theo tiêu chuẩn:

Xác định hàm lượng tro theo tiêu chuẩn TAPPI standard T15m – 58

Xác định hàm lượng pentosan theo tiêu chuẩn TAPPI standard T19m – 50

Xác định hàm lượng licnin theo tiêu chuẩn TAPPI standard T13m – 54

Xác định hàm lượng chất tan trong NaOH 1% theo tiêu chuẩn TAPPI standard T4m – 59

Xác định hàm lượng chất tan trong nước nóng theo tiêu chuẩn TAPPI standard T1

Xác định hàm lượng chất tan trong alcol-benzene theo tiêu chuẩn TAPPI standard T6m – 58

Xác định độ ẩm theo tiêu chuẩn TAPPI standard T3m

b) Phương pháp xác định kích thước xơ sợi:

Bột giấy đạt yêu cầu khi phân tích nguyên liệu thì tương quan tỷ lệ thành phần sợi dài phải chiếm tỷ lệ cao, sợi càng dài và độ mãnh càng lớn càng tốt

Áp dụng phương pháp tách mô Franklin để xác định chiều dài và đường kính

xơ sợi, các mẫu cỏ được cắt với kích thước 1*1*1,5mm, sau đó ngâm trong hỗn hợp acid acetic và nước oxy già (H2O2) tỷ lệ bằng nhau, đun cách thủy cho đến khi chúng chuyển sang màu trắng và bắt đầu phân ly tế bào Nếu ngâm tiếp tục quá lâu thì vách

tế bào bị phân hủy, vì thế để giữ lâu vật liệu sau khi tách mô chúng được rửa thật nhiều với nước đến khi giấy pH không đổi màu

Để xác định hình thức phân bố và mật độ bó mạch, cỏ bàng tươi được tiến hành cắt vi phẫu và khử nước phẫu thức trước khi lên tiêu bản:

− Cắt vi phẫu: Để khảo sát cấu tạo hiển vi cần có tiêu bản mỏng không có bọt khí, được cố định trong môi trường thích hợp Quan sát mẫu theo hai mặt cắt: ngang và dọc Mẫu được cắt từng lát bằng lưỡi lam để đạt được cấu tạo vi phẫu hoàn hảo Mỗi mặt cắt được cắt từ 8 – 10 lát rồi dùng cọ vẽ đưa vào dĩa petri có chứa nước cất Để đạt

độ chính xác cao cần chọn những phẫu thức mỏng có cấu tạo hoàn hảo không bị nứt,

vỡ để làm tiêu bản

− Khử nước: Trước khi nhuộm màu tiêu bản cần tiến hành khử nước ra khỏi phẫu thức bằng cách di chuyển qua một loạt dung dịch cồn có nồng độ tăng dần Tỷ lệ cồn nước: 1/10, 3/10, 5/10, 7/10 và cuối cùng là cồn tuyệt đối Thời gian khử qua mỗi tỷ lệ

cồn - nước khoảng 15 phút Cần tránh khử nước đột ngột (dễ làm phá vỡ tế bào và làm phẫu thức bị co dúm lại) để khi tiếp xúc với thuốc nhuộm tan trong cồn, phẫu thức ăn màu đồng đều

Các mẫu sau đó được lên tiêu bản để có thể quan sát dưới kính hiển vi, tuần tự tiến hành như sau:

− Nhuộm màu: Sử dụng dung dịch màu nhuộm gồm safranin đỏ, cồn và anilin Dung dịch cần được pha chế và giữ trong một thời gian trước khi dùng Muốn có tiêu bản sáng đẹp cần phải giữ phẫu thức trong dung dịch thuốc nhuộm khoảng 15 phút hoặc có thể lâu hơn Mục đích của việc nhuộm màu là giúp quan sát dễ dàng Phẫu thức sau khi nhuộm màu cần rửa bằng cồn tuyệt đối để loại bỏ màu thừa

− Lên tiêu bản: Trước khi lên tiêu bản phải hơ nóng các phẫu thức để loại trừ nước và làm sáng phẫu thức bằng xylen Sử dụng lame có kích thước chiều dài : rộng : dày là 75 : 15 : 12 (mm) để đựng phẫu thức Quan sát, chụp hình và đo đếm trên kính hiển vi điện tử Lựa chọn các tiêu bản đẹp và phù hợp để quan sát kích thước xơ sợi

c) Phương pháp đo đạt số liệu:

Hầu hết các số liệu đều được xác định bằng công thức tình toán sau khi đo đạt trực tiếp các số liệu từ thí nghiệm

m kém mịn, dnghiệm ta t

xơ sợi dài cao, ở một tmặt xơ sợi đbảng khảo

tỉ lệ thích h

để làm nguysát ở bảng

ng có xơ sợ

g tỉ lệ xơ sợhợp tỉ lệ xơyên liệu cho4.5 luận v

ắn làm giảm

ợi tương đố

ợi ngắn khosợi ngắn lạ

o ngành giấvăn tốt nghi

70ngắn

m đến

0 µm ứng

Lâm

Bảng 4.2: So sánh chiều dài xơ sợi giữa các nguyên liệu

Cỏ bàng có tỉ lệ xơ sợi dài cao hơn so với những nguyên liệu gỗ khác, tuy nhiên lại thấp hơn so với một số nguyên liệu phi gỗ như lục bình hay cây đay Xơ sợi của cỏ bang cũng thuộc loại xơ sợi dài là điều kiện tốt cho tính chất giấy nhất là tính cơ lý của giấy

Hình 4.2: Hình thái xơ sợi của mẫu thí nghiệm nhìn qua kính hiển vi

Theo như quan sát dưới kính hiểm vi, xơ sợi cỏ bàng dài ngắn nằm xen với nhau, bệnh lại với nhau, nếu được nghiền ở mức độ thích hợp sẽ tăng tính bền cơ lý như độ xé, độ bền gấp, độ bền kéo, …

Kết quả của

có hàm lượlàm giấy

ng chất tan

kết quả khBùi Thị BềnDương Lê HNguyễn Thị

16.19%

29.57%

n hóa học c hành phần

Ý Như (200

17

của cỏ bàng hóa học ch

n hóa học c

se tương đố

col – Benze

ảng 4.10 lubảng 4.8 lu

m (2008), lu08) ta được

Bảng 4.4: So sánh hàm lượng chất tan trong alcol – benzene với các nguyên liệu khác

nhau

Nồng độ chất tan trong alcol-benzen có nghĩa các thành phần nhựa, terpen, pectin, chất béo, sáp… có trong nguyên liệu cao sẽ gây hao tốn nhiều hóa chất trong quá trình nấu Sau thí nghiệm ta thấy hàm lượng chất tan của nguyên liệu cỏ bàng cao hơn một số nguyên liệu phi gỗ khác (tre nứa, bã mía, dứa sợi) tuy nhiên vẫn nằm trong ngưỡng cho phép (6% đến 12%) [11]

4.2.3 Hàm lượng chất tan trong nước nóng:

Dựa vào bảng khảo sát ở bảng 4.6 luận văn tốt nghiệp trường ĐH Nông Lâm TP.HCM Nguyễn Thị Ý Như (2008), ta có bảng so sánh sau:

Dứa sợi Cỏ bàng