NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ KEO LÁ TRÀM

Nội dung của đề tài bao gồm các công đoạn nghiên cứu quá trình sản xuất bột giấy từ nguyên liệu đến bột đã tẩy trắng, sau đó làm handsheet để xác định một số tính chất của bột giấy.. Từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT BỘT GIẤY

TỪ KEO LÁ TRÀM

Họ và tên sinh viên: ĐOÀN NHỰT TRƯỜNG Ngành: CÔNG NGHỆ BỘT GIẤY VÀ GIẤY Niên khoá: 2006 – 2010

Tháng 07/2010

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SẢN XUẤT BỘT GIẤY

Giáo viên hướng dẫn:

ThS ĐẶNG THỊ THANH NHÀN

Tháng 07 năm 2010

LỜI CẢM TẠ

Qua đề tài này em xin chân thành cảm ơn:

Ba mẹ, anh chị và những người thân yêu đã ủng hộ, chăm lo, giúp đỡ em về mặt vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian học tập

Ban giám hiệu cùng toàn thể thầy cô giáo 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 ThS Đặng Thị Thanh Nhàn, giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tâm giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Ban giám đốc nhà máy Tân Mai, cùng tập thể cán bộ công nhân viên phân xưởng CTMP và phòng kiểm tra chất lượng của nhà máy đã hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi thực tập và tìm hiểu công nghệ

Các bạn bè đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như trong thời gian thực hiện đề tài

TPHCM, Ngày 19 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu khả năng sản xuất bột giấy từ keo lá tràm” được thực hiện tại trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản giấy và bột giấy trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM và phòng kiểm tra chất lượng của nhà máy giấy Tân Mai Đồng Nai Thời gian thực hiện đề tài từ ngày 15/03/2010 – 15/07/2010 Nội dung của đề tài bao gồm các công đoạn nghiên cứu quá trình sản xuất bột giấy từ nguyên liệu đến bột đã tẩy trắng, sau đó làm handsheet để xác định một số tính chất của bột giấy

Cây keo lá tràm chọn làm mẫu thí nghiệm được bốc sạch vỏ và cưa thành các khoanh đều nhau, sau đó những khoanh này được chặt thành dăm mảnh với kích thước thích hợp Tiếp theo, dăm mảnh này được đem đi nấu thành bột giấy theo phương pháp xođa ở các điều kiện nấu khác nhau để tìm điều kiện nấu thích hợp cho nguyên liệu Sau khi tìm được điều kiện nấu thích hợp thì bột sau nấu được đem đi tẩy trắng theo qui trình H0EpH1P ứng với mỗi giai đoạn H0, Ep, H1, P ta bố trí điều kiện tẩy khác nhau nhằm tìm điều kiện tẩy thích hợp Bột sau khi đạt độ trắng phù hợp cho sản xuất giấy thì bột đã tẩy được làm handsheet để xác định một số tính chất của bột giấy Từ đó đưa

ra những đề xuất và khuyến cáo sử dụng bột giấy từ keo lá tràm cho ngành giấy để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng bột giấy ở trong nước, nâng cao hiệu quả kinh tế cân bằng được lượng cung cầu của ngành giấy nước ta hiện nay

Quá trình nghiên cứu đã đạt được những kết quả sau đây: Nguyên liệu Keo lá

tràm được nấu theo phương pháp xođa đạt được điểm nấu thích hợp với hiệu suất bột

là 49,72 % và chỉ số Kappa là 21,05 Bột sau khi tẩy trắng theo quy trình H0EpH1P đã đạt được độ trắng là 81,96 %ISO Các tính chất bột giấy sau khi tẩy và chưa qua quá trình nghiền để phân tơ chổi hóa xơ sợi đo được kết quả sau: Độ chịu xé: 20 gf, Chỉ số xé: 1,962 mNm2/g, Độ chịu kéo: 1820 kN/m, Độ đục: 92,8 % Như vậy, loại bột giấy này có thể sử dụng để sản xuất giấy vệ sinh Bên cạnh đó ta có thể phối trộn loại bột này với bột xớ dài và một số chất phụ gia như chất độn, chất keo bền khô, keo bền ướt… theo một tỷ lệ phối trộn nhất định để tăng thêm độ bền cơ lý phù hợp với các loại giấy in, giấy viết, giấy photocopy…

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Lời cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt vii

Danh sách các hình viii

Danh sách các bảng ix

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Những đóng góp của đề tài .2

1.4 Giới hạn của đề tài .2

Chương 2:TỔNG QUAN 4

2.1 Những khó khăn ngành giấy Việt Nam đang gặp phải 4

2.2 Tổng quan về nguyên liệu sản xuất bột giấy 5

2.3 Đặc điểm đối tượng nghiên cứu 6

2.3.1 Giới thiệu về cây keo lá tràm 6

2.3.2 Sự phân bố 6

2.3.3 Khả năng thích nghi 7

2.3.4 Sinh trưởng và năng suất 7

2.3.5 Một số đặc điểm chủ yếu về cấu tạo và tính chất gỗ của Keo lá tràm 8

2.3.5.1 Về cấu tạo 8

2.3.5.2 Về tính chất cơ lý gỗ 9

2.3.6 Một số tính chất vật lý và thành phần hóa học của Keo lá tràm 9

2.3.6.1 Tính chất vật lý 9

2.3.6.2 Thành phần hóa học 9

2.4 Khả năng sản xuất giấy từ keo lá tràm 9

2.4.1 Những nghiên cứu ở nước ngoài 9

2.4.2 Những nghiên cứu trong nước 10

2.5 Giới thiệu về phương pháp nấu bột Xođa 10

2.5.1 Phản ứng hoá học trong nấu bột xođa 11

2.5.1.1 Phản ứng của hydratcacbon 11

2.5.1.2 Phản ứng của lignin 12

2.5.2 Các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất, chất lượng bột trong quá trình nấu12 2.5.2.1 Tỷ trọng của nguyên liệu 12

2.5.2.2 Chiều dày của dăm mảnh 13

2.5.2.3 Tỷ lệ dùng kiềm 13

2.5.2.4 Tỷ lệ dịch (L/V) 13

2.5.2.5 Thông số H 14

2.6 Giới thiệu về phương pháp tẩy trắng 15

2.6.1 Tẩy trắng bằng NaOCl (hypoclorit natri) 16

2.6.1.1 Phản ứng hóa học trong quá trình tẩy 16

2.6.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình tẩy bằng hypoclorit natri .16

2.6.2 Tẩy trắng bằng H2O2 (peroxit hydrogen) 17

2.6.2.1 Phản ứng hóa học trong quá trình tẩy 18

2.6.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình tẩy bằng peroxit hydrogen 18

Chương 3:NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Nội dung nghiên cứu 20

3.2 Nguyên vật liệu và thiết bị thí nghiệm 20

3.2.1 Nguyên liệu nghiên cứu 20

3.2.2 Hóa chất thí nghiệm 20

3.2.3 Dụng cụ thí nghiệm 21

3.2.4 Thiết bị thí nghiệm 21

3.3 Phương pháp nghiên cứu 22

3.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 22

3.3.2 Thuyết minh sơ đồ thí nghiệm 23

3.3.2.1 Xác định độ khô của nguyên liệu 25

3.3.2.2 Nấu bột giấy 25

3.3.2.3 Rửa bột 26

3.3.2.4 Xác định hiệu suất và chỉ số Kappa bột sau nấu, tẩy 26

3.3.2.5 Tẩy trắng 26

3.3.3.6 Xác định độ trắng, độ đục 27

3.3.2.7 Làm giấy handsheet 27

3.3.2.8 Xác định một số tính chất của giấy 28

Chương 4:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

4.1 Ảnh hưởng của mức độ dùng kiềm đến hiệu quả của quá trình nấu .29

4.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch đến hiệu quả của quá trình nấu .31

4.3 Ảnh hưởng của thông số H đến hiệu quả của quá trình nấu 32

4.4 Ảnh hưởng của lượng Clo đến hiệu quả của quá trình tẩy giai đoạn Ho .34

4.5 Trích ly bằng kiềm 35

4.6 Ảnh hưởng của lượng Clo đến hiệu quả của quá trình tẩy giai đoạn H1 .35

4.7 Ảnh hưởng của lượng H2O2 đến hiệu quả của quá trình tẩy giai đoạn P .36

4.8 Một số tính chất của giấy handsheet 37

Chương 5:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Kiến nghị 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC 43

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Ý nghĩa

NLKTĐ Nguyên liệu khô tuyệt đối

L/W Tỉ lệ dịch nấu trên khối lượng nguyên liệu khô tuyệt đối

Ho Tẩy trắng bằng hypoclorit giai đoạn đầu

H1 Tẩy trắng bằng hypoclorit giai đoạn 2

P Tẩy trắng bằng hydrogen peroxyt

Ep Trích ly bằng kiềm có bổ sung hydrogen peroxyt

D Khối lượng thể tích

ECF Elemental chlorine free

TCF Total chlorine free

TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Keo lá tràm 6

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 22

Hình 4.1a: Ảnh hưởng của mức độ dùng kiềm đến hiệu suất .29

Hình 4.1b: Ảnh hưởng của mức độ dùng kiềm đến trị số kappa 29

Hình 4.2a: Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch đến hiệu suất .31

Hình 4.2b: Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch đến trị số kappa 31

Hình 4.3a: Ảnh hưởng của thông số H đến hiệu suất 32

Hình 4.3b: Ảnh hưởng của thông số H đến trị số kappa .33

Hình 4.4a: Ảnh hưởng của lượng clo hữu hiệu đến độ trắng 34

Hình 4.4b: Ảnh hưởng của lượng clo hữu hiệu đến hiệu suất 34

Hình 4.6a:Ảnh hưởng của lượng clo hữu hiệu đến độ trắng 35

Hình 4.6b: Ảnh hưởng của lượng clo hữu hiệu đến hiệu suất 36

Hình 4.7a: Ảnh hưởng của lượng H2O2 đến độ trắng 36

Hình 4.7b: Ảnh hưởng của lượng H2O2 đến hiệu suất .37

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Ảnh hưởng của pH tới nồng độ OCl- 16

Bảng 2.2: Sự khác nhau về pH và nhiệt độ đối với bột hóa và bột cơ 17

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm trong quá trình nấu 23

Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy bằng NaOCl (giai đoạn H0) 24

Bảng 3.3: Bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy bằng NaOCl (giai đoạn H1) 24

Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy bằng H2O2 25

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng giấy hàng năm bình quân theo đầu người ngày càng tăng Nhờ sự tiến bộ về trình độ chuyên môn, các công nghệ tiên tiến cùng với sự hợp tác đầu tư của nước ngoài nên nền công nghiệp giấy của nước ta phát triển cả về quy mô số lượng lẫn chất lượng Tuy vậy, sự phát triển của ngành giấy nước ta vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng giấy ở trong nước Một trong những nguyên nhân dẫn đến ngành giấy nước ta phát triển chậm, chưa cân bằng được giữa lượng cung và cầu là do thiếu nguyên liệu

Nguyên liệu phục vụ cho ngành giấy chủ yếu là gỗ được khai thác từ rừng tự nhiên

và rừng nhân tạo Nhưng theo thống kê hàng năm thì diện tích rừng nhân tạo và diện tích rừng tự nhiên ở nước ta ngày càng bị thu hẹp dần do việc khai thác và sử dụng nguyên liệu rừng một cách bừa bãi, cháy rừng hoặc chuyển sang mục đích khác Vì vậy, một trong những vấn đề quan trọng hiện nay là làm sao vừa phải khôi phục diện tích rừng bị mất, vừa có được nguồn nguyên liệu dồi dào để phục vụ cho ngành giấy

để nâng cao hiệu quả kinh tế sử dụng, cân bằng được lượng cung cầu cho ngành [2] Theo nhiều nghiên cứu ở trong nước và ngoài nước thì keo lá tràm với khả năng sinh trưởng nhanh, thích ứng với nhiều loại đất, chu kỳ khai thác ngắn, có khả năng cố định đạm cải tạo đất…thì Keo lá tràm là loại nguyên liệu có khả năng đáp ứng được yêu cầu về khôi phục diện tích rừng bị mất và là nguồn nguyên liệu dồi dào để phục vụ cho ngành giấy Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu trong và ngoài nước chủ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề như: chọn loài, xuất xứ, kỹ thuật trồng sự sinh trưởng và phát triển, loại đất trồng nguyên liệu, các đặc điểm hình thái sợi, khối lượng thể tích cũng như các thành phần hóa học của keo lá tràm Các nghiên cứu về quá trình sản xuất bột giấy từ keo lá tràm còn giới hạn và ít đồng bộ để có thể đánh giá chính xác khả năng sản xuất bột giấy từ Keo lá tràm trong công nghệ sản xuất giấy hiện nay tại

Việt Nam Vì thế việc kế thừa các kết quả đã có và tiếp tục đi sâu nghiên cứu việc sản xuất giấy từ keo lá tràm là hết sức cần thiết

Xuất phát từ các quan điểm trên và từ yêu cầu của thực tiễn công nghệ sản xuất giấy sợi, nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng sản xuất bột giấy từ keo lá tràm”

để tìm hiểu và nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất bột giấy từ keo lá tràm nhằm đánh giá chính xác hơn khả năng sử dụng keo lá tràm trong công nghệ sản xuất giấy, nâng cao chất lượng nguyên liệu trong sản xuất giấy sợi để có thể đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất và lấy đó làm cơ sở cho việc định hướng phát triển cây keo lá tràm trong công nghệ sản xuất giấy ở Việt Nam

Xác định các tính chất của bột keo lá tràm đã tẩy Để từ đó đề xuất các ứng dụng

của loại bột này trong công nghệ sản xuất giấy

1.3 Những đóng góp của đề tài

a/ Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần làm tài liệu tham khảo về

một số chỉ tiêu kỹ thuật, định mức tiêu hao hóa chất, hiệu suất của quá trình nấu, tẩy của keo lá tràm để từ đó ta có thể ứng dụng chúng trong các phương pháp nấu tẩy

khác

b/ Ý nghĩa thực tiễn: Việc đưa keo lá tràm ứng dụng trong nghành công nghiệp

giấy sẽ mang lại một số hiệu quả nhất định về các phương diện khoa học kỹ thuật,

kinh tế như sau: Góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế cho keo lá tràm, nâng cao hiệu suất và chất lượng nguyên liệu Thông qua nghiên cứu các thông số công nghệ của quá

trình sản xuất bột giấy từ nguyên liệu keo lá tràm để có thể thấy được những hợp lý và bất hợp lý trong ứng dụng đưa keo lá tràm vào công nghệ sản xuất giấy

1.4 Giới hạn của đề tài

Để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu gỗ keo lá tràm thì việc nghiên cứu sản xuất bột giấy phải được nghiên cứu ở từng cấp tuổi, từng khu vực, địa hình nhưng do điều kiện kinh phí, trang thiết bị nghiên cứu, thời gian thực hiện có giới hạn

nên đề tài chỉ nghiên cứu đối tượng keo lá tràm trồng thuần loại, đồng tuổi ở cấp tuổi 7

ở lâm trường Lâm viên thuộc tỉnh Long An

Đề tài nghiên cứu quá trình sản xuất bột giấy từ khâu nguyên liệu đến khâu tẩy

trắng sau đó làm handsheet để xác định một số tính chất của giấy

+ Trong khâu nấu bột tôi chọn phương pháp nấu bột bằng xođa vì nó phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm hơn các phương pháp nấu bột khác

+ Trong khâu tẩy bột tôi chọn phương pháp tấy bột nhiều giai đoạn bằng các tác nhân tẩy chính là Hypoclorit natri, hydrogen peroxyt Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy như nhiệt độ, thời gian, liều lượng hóa chất sử dụng… do điều kiện thời gian có hạn nên tôi chỉ tập trung nghiên cứu sự ảnh hưởng của liều lượng hóa chất sử dụng đến hiệu quả quá trình tẩy còn các thông số ảnh hưởng khác thông qua các nghiên cứu trong và ngoài nước kế thừa các kết quả đã có tôi sẽ chọn ra những thông

số cho phù hợp với điều kiện tẩy

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Những khó khăn ngành giấy Việt Nam đang gặp phải

a/ Mất cân đối năng lực sản xuất bột giấy: Sau 20 năm phát triển ngành giấy

Việt Nam vẫn không chủ động được nguồn nguyên liệu, hầu hết phải nhập khẩu bột giấy từ nước ngoài khiến cho giá bột giấy tăng liên tục nhưng giá bán giấy hầu như không tăng Do đó đa phần các nhà máy giấy mới đầu tư hoặc những nhà máy không chủ động được nguồn nguyên liệu sẽ rơi vào tính trạng khó khăn là sản phẩm làm ra có

giá thành cao, nếu bán với giá thị trường sẽ thua lỗ nặng [1]

b/ Chưa làm chủ được công nghệ: Có nhiều doanh nghiệp đầu tư máy móc

thiết bị không hiệu quả, không khai thác hết năng lực đã đầu tư Nguyên nhân chủ yếu

đó là do các doanh nghiệp chưa làm chủ được công nghệ, chưa có kinh nghiệm sản xuất và thị trường sản phẩm chưa ổn định Có nhiều dự án đầu tư của tư nhân để sản xuất các mặt hàng giấy chỉ chú trọng về thiết bị mà chưa làm chủ được công nghệ khiến cho sản phẩm làm ra không tiêu thụ được [1]

c/ Đầu tư với qui mô quá nhỏ: Do thiếu nguyên liệu bột giấy, hiện nay đã xuất

hiện một số nhà máy bột giấy có công suất 1000-2000 tấn/năm rải rác ở khắp vùng núi Vì qui mô khá nhỏ nên không khai thác được hiệu quả nguồn nguyên liệu, gây ô nhiễm môi trường [1]

Hiện nay Việt Nam đang trong tiến trình hội nhập, thuế nhập khẩu giấy từ các nước trong khu vực đã giảm trong khi thực trạng ngành giấy ở nước ta vẫn còn ngỗn ngang và lạc hậu Vì vậy ngành giấy nước ta phải có sự điều chỉnh những dự án hiện

có cho phù hợp trong thời kỳ hội nhập hiện nay Trong đó việc định hướng xây dựng các vùng nguyên liệu tập trung để xây dựng các nhà máy bột giấy tẩy trắng là một điều hết sức cần thiết [1]

Theo các chuyên gia của ngành, nhất thiết phải có sự loại bỏ dần các nhà máy quy mô nhỏ dưới 30.000 tấn/năm, đồng thời xây dựng các nhà máy bột giấy mới phải

có qui mô lớn, công nghệ hiện đại để có hệ thống xử lý các tác nhân gây ô nhiễm môi trường [1]

Theo khuyến cáo của hiệp hội bột giấy Việt Nam là nên đầu tư vào sản xuất bột giấy không nên tiếp tục đầu tư vào sản phẩm giấy in, giấy viết trong vài năm tới vì công suất đã bão hòa Như thế ngành giấy mới đủ khả năng cạnh tranh trong quá trình đầu tư phát triển ngành [1]

2.2 Tổng quan về nguyên liệu sản xuất bột giấy

Hiện nay có nhiều nguyên liệu được sử dụng để sản xuất bột cho ngành giấy, các loại nguyên liệu sử dụng bao gồm:

+ Gỗ mềm (gỗ lá kim): Là loại gỗ từ cây thực vật hạt trần, các hạt nằm trong quả và không được bao phủ, lá mới có thể được giữ trong nhiều năm Xơ sợi thu được

từ gỗ lá kim thường có kích thước lớn hơn hẳn xơ sợi từ gỗ lá rộng Giấy làm từ xơ sợi

gỗ lá kim thường có độ bền cao hơn giấy làm từ xơ sợi gỗ lá rộng Ví dụ: Tùng, tuyết tùng, thông, vân sam

+ Gỗ cứng (gỗ lá rộng): Là loại gỗ từ cây thực vật hạt kín, các hạt được che phủ bên trong quả, lá gỗ cứng thường rụng mỗi mùa thu (cuối mùa tăng trưởng) Thông thường gỗ cứng có độ chặt cao hơn và cứng hơn gỗ mềm, xơ sợi ngắn hơn so với gỗ mềm Ví dụ: Cây dương, bạch đàn, keo, bubô

+ Các nguyên liệu phi gỗ: Là các loại nguyên liệu thực vật ngắn ngày và đặc biệt là các cây họ trúc được sử dụng ở nhiều nơi Các loại tre, nứa, các phụ phẩm của cây lương thực (rơm, rạ ), bã mía, các loại cỏ (lau, sậy, cỏ bàng ), các loại nguyên liệu của ngành dệt (bông, gai, lanh ), các loại vỏ cây (dó, đay, dâu )

Mặc dù có nhiều nguyên liệu được sử dụng để sản xuất bột giấy nhưng nước ta chỉ có vài nhà máy giấy có thể chủ động được nguồn nguyên liệu sản xuất bột giấy và giấy như: Bãi Bằng, Tân Mai, Công ty giấy Sài Gòn có dây chuyền sản xuất bột từ giấy phế liệu nên có thể chủ động nguồn bột cho sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh… Tuy nhiên năng lực sản xuất bột giấy của các doanh nghiệp này cũng chưa đủ

để cung ứng cho sản xuất giấy và vẫn còn phải nhập khẩu thêm bột giấy Trong khi đó,

đa phần các nhà máy giấy khác không chủ động được nguồn bột giấy rơi vào tình trạng thiếu nguyên liệu Do ngành giấy chưa đầu tư được một nhà máy sản xuất bột giấy lớn

để cung cấp cho toàn ngành Nước ta phải nhập khẩu bình quân 130000-150000 tấn bột mỗi năm

Bên cạnh đó, hiện nay ngành giấy nước ta đang phải đối mặt với một nghịch lý

là trong khi ngành giấy lâm vào tình trạng thiếu hụt nguyên liệu nhưng nguyên liệu gỗ nước ta lại xuất khẩu sang nước ngoài với số lượng hàng trăm nghìn tấn mỗi năm Nguyên nhân dẫn đến nghịch lý này là do gỗ xuất khẩu sẽ thu được giá cao hơn so với bán cho ngành giấy Đây chính là một khó khăn lớn cho ngành giấy hiện nay Do đó, việc nghiên cứu để tìm ra nguồn nguyên liệu mới với chu kỳ khai thác ngắn và giá nguyên liệu thấp là điều cần thiết để có thể giải quyết phần nào những vấn đề khó khăn

mà ngành giấy đang gặp phải

2.3 Đặc điểm đối tượng nghiên cứu

2.3.1 Giới thiệu về cây keo lá tràm

Hình 2.1: Keo lá tràm

Tên khoa học: Acacia auriculiformis A cunn et benth

Thuộc họ phụ: Mimisoideae, họ Fabaceea

Tên Việt Nam hay tên địa phương thường gọi là keo lá tràm hoặc tràm bông vàng [2]

2.3.2 Sự phân bố

a/ Thế giới: Keo lá tràm được gây trồng như là một loài cây lai ở Châu Á, Châu Phi

và Nam Mỹ từ hơn nửa thế kỷ nay và vẫn đang gia tăng cho trồng rừng và cho những

vùng đất mới [2]

b/ Việt Nam: Keo lá tràm được trồng rải rác khắp nơi ở Việt Nam như: Đông Bắc,

Tây Bắc, Đồng Bằng Sông Hồng, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, Tây Nam Bộ Keo lá tràm được trồng trên các loại đất bazan vàng, đỏ, nâu đến các loại lotosol nâu đỏ… từ các vùng đồng bằng cổ đến các vùng đất mới ở nam

bộ ngay cả những vùng sau rừng sát, trên các líp xen với bạch đàn và tràm chua ở vùng đất phèn [2]

2.3.3 Khả năng thích nghi

Keo lá tràm là loại cây có khả năng thích nghi cao, sinh trưởng nhanh và ổn định, có khả năng cố định đạm và thích ứng rộng với các điều kiện khác nhau Keo lá tràm được gây trồng và đạt được kết quả ở các điều kiện môi trường khác nhau hoàn toàn với biên độ tự nhiên của vùng nguyên sản [2]

Biên độ sinh thái của keo lá tràm rất rộng, là loại cây có khả năng thích ứng với điều kiện tương đối khắc nghiệt là nóng và khô hạn, chịu được đất nghèo dinh dưỡng, tầng đất mỏng Sinh trưởng được trên nhiều loại đất khác nhau như đất sét, đất podzon, đất feralit và ngay cả trên các vùng đất khô hay trên các đụn cát, pH từ 3 ÷ 9, với lượng mưa từ 200 ÷ 1.700 mm [2]

2.3.4 Sinh trưởng và năng suất

a/ Sinh trưởng: Keo lá tràm là loài cây gỗ nhỏ đến trung bình Ở điều kiện sinh

trưởng bình thường, cây đạt chiều cao trung bình từ 12 ÷ 20 m, đường kính trung bình

từ 15 ÷ 20 cm, ở các lập địa thuận lợi, cây có thể cao từ 25 ÷ 30 m và đường kính 80

cm với đoạn thân thẳng dài Cây nhiều cành nhánh và thân thường cong Vỏ cây màu xám hoặc nâu, khi nhỏ tuổi có vỏ nhẵn, càng nhiều tuổi vỏ càng thô Lá dài 10 ÷ 16

cm, rộng 1,5 ÷ 2,5 cm và có 3 gân chính Quả khô hình xoắn, khi chín tự nứt phát tán hạt Hạt nhỏ, màu nâu đen [2]

b/ Năng suất: Keo lá tràm là loại cây sinh trưởng rất nhanh, mật độ trên thực tế

thường lớn hơn 2.500 cây/ha cho nên 2 ÷ 3 năm rừng bắt đầu khép tán, bên cạnh do đặc điểm yêu cầu gỗ sử dụng cho nguyên liệu giấy thì thường sau 5 năm đã có thể khai thác BÙI VIỆT HẢI (1999) [16] đã phân chia rừng keo lá tràm ở giai đoạn sào và rừng trung niên ở các cấp tuổi sau:

+ Cấp tuổi 4: bao gồm các tuổi 4 và 5, đặc trưng chính của giai đoạn này là rừng đã bước vào giao tán, Dbình quân 8,5 ÷ 9 cm, độ tàn che 0,8 ÷ 1,0

+ Cấp tuổi 7: bao gồm các tuổi 6 và 7, có thể nói đây là giai đoạn sau khép tán Dkhoảng 11,1 ÷ 12,8 cm, độ tàn che 1,0

+ Cấp tuổi 9: bao gồm tuổi từ 8 ÷ 11, có thể nói đây là giai đoạn thục công nghệ, D bình quân khoảng 12,5 ÷ 15,5 cm

Căn cứ vào đặc điểm sinh vật học của loài cây, căn cứ vào tuổi có thể khai thác cho sản phẩm gỗ nguyên liệu giấy để đạt được những mục tiêu đặt ra cho đề tài, đối tượng của khai thác rõ ràng là giai đoạn rừng sào và trung niên (4 ÷ 12) tuổi [16]

2.3.5 Một số đặc điểm chủ yếu về cấu tạo và tính chất gỗ của Keo lá tràm

2.3.5.1 Về cấu tạo

Keo là tràm là một loại cây có giác lõi phân biệt rõ ràng Khi mới chặt hạ gỗ giác có màu hồng nhạt, lõi có màu nâu đỏ sau chuyển sang nâu vàng Tỷ lệ giác lõi của keo lá tràm phụ thuộc vào tuổi cây, thường gỗ lõi chiếm 70 ÷ 80 % Tính chất cơ lý của hai phần khác nhau, phần gỗ lõi sẽ cứng hơn phần gỗ giác và phần gỗ giác có tính dẻo dai hơn phần gỗ lõi Khi gia công cơ giới thì lực cắt giữa hai phần gỗ lõi và gỗ giác sẽ khác nhau rõ rệt Vòng sinh trưởng rõ ràng nhưng không dứt khoát, thường rộng 2 ÷ 3 mm Tỷ lệ mắt gỗ trên một mét chiều dài là 6 [2]

Trên mặt cắt ngang có thể quan sát được những đặc điểm cấu tạo sau: gỗ keo lá tràm có mạch gỗ khá lớn, đường kính trung bình theo chiều xuyên tâm 185 µm, chiều dài mạch gỗ trung bình 1 ÷ 2 mm, phân bố theo kiểu phân tán, trên 1mm² thường gặp 4

÷ 5 lỗ mạch, mạch phân tán chiếm tỷ lệ hơn 80 % đôi khi có mạch kép xuyên tâm, mạch nhóm xuất hiện Tính chất vật lý tương đối đồng đều theo hướng xuyên tâm Khi gia công cơ giới lực cắt đi qua các phần gỗ không thay đổi nhiều.Có sự hiện diện của chất màu nâu vàng bịt kín bên trong mạch gỗ làm vách mạch gỗ dày lên hạn chế khả năng thoát ẩm Tế bào mạch có tấm xuyên mạch đơn Lỗ trên vách giữa các mạch nhỏ

5 ÷ 7 µm [2]

Cấu tạo gỗ keo lá tràm không có ống dẫn nhựa do vậy sẽ không có các thành phần tinh dầu, nhựa nên không gây ảnh hưởng đến những mối ghép khi sử dụng hóa chất, và không gây cản trở tới công cụ cắt gọt Ngoài ra, sự hiện diện của chất màu nâu vàng bịt kín bên trong mạch gỗ sẽ làm vách mạch gỗ dày lên hạn chế khả năng thấm dịch nấu Chiều dài sợi gỗ keo lá tràm ngắn 0,5 ÷ 0,8 mm, tuy nhiên độ mảnh (chiều

dài sợi/trên bề mặt sợi) gần bằng 60 Đây là đặc điểm thuận lợi trong quá trình đan dệt sợi trong công nghiệp giấy sợi [2]

2.3.5.2 Về tính chất cơ lý gỗ

Độ co rút không đồng nhất là tính chất vốn có của gỗ, từ đó dẫn đến sự thay đổi vật lý quan trọng khi gỗ được xử lý thủy nhiệt hoặc hong phơi trong những điều kiện thời tiết khác nhau Đây là những nguyên nhân gây nên biến hình cong vên nứt nẻ

Cấu tạo của gỗ là do đại bộ phận các tế bào xếp dọc thân cây, vách tế bào được hình thành với phần lớn các mixen xếp song song với trục dọc tế bào dẫn đến co rút theo chiều dọc thớ kém nhất (0,67 %)

Mật độ tia gỗ trung bình, kích thước tia nhỏ nên tỷ lệ co rút T/R thấp (1,75) Đây chính là điểm thuận lợi của gỗ keo lá tràm trong công nghệ gia công chế biến gỗ Keo lá tràm có lực kéo ngang thớ 22 KG/cm², nén dọc thớ 493 KG/cm², lực xoắn 1,59 KG/cm² [2]

2.3.6 Một số tính chất vật lý và thành phần hóa học của Keo lá tràm

2.3.6.1 Tính chất vật lý

a/ Khối lượng thể tích: 0,55 ÷ 0,61 g/cm3 Các yếu tố như là tuổi của cây, chiều cao, bán kính ảnh hưởng mạnh mẽ đến khối lượng thể tích của keo lá tràm Có sự gia tăng khối lượng thể tích cơ bản theo tuổi của nguyên liệu (từ tuổi 7 ÷ 10 sẽ lớn hơn

tuổi 10 ÷ 12) và giảm dần từ gốc đến ngọn, từ trong ra ngoài [2]

b/ Chiều dài xơ sợi: 0,5 ÷ 0,8 mm Hai nhân tố tuổi và chiều cao ảnh hưởng đến

chiều dài xơ sợi, chiều dài xơ sợi tăng theo độ tuổi và giảm theo chiều cao từ gốc đến ngọn [2]

2.3.6.2 Thành phần hóa học

Thành phần hóa học gần giống một số loại cây lá rộng khác Hàm lượng xenlulo trung bình khoảng 45 %, lignin 24 %, pentosan 19 % với thành phần như trên thì cho thấy rằng Keo lá Tràm rất thích hợp cho việc sản xuất bột giấy [2]

2.4 Khả năng sản xuất giấy từ keo lá tràm

2.4.1 Những nghiên cứu ở nước ngoài

Về sử dụng gỗ keo lá tràm làm bột giấy có các nghiên cứu của Logan A.F (1981 ÷ 1986) Theo tác giả, loài cây này thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy

Năm 1980 Soetrisno T, qua điều tra nghiên cứu tiềm năng của Keo lá tràm cho sản phẩm bột giấy đã chỉ ra rằng loài cây này có thể nhóm chung các loài gỗ cứng và sợi gỗ ngắn hơn các loài cây gỗ nhiệt đới khác Có thể sản xuất bột giấy có đặc tính vật

lý phù hợp cho sản phẩm giấy chất lượng cao [22]

2.4.2 Những nghiên cứu trong nước

Xí nghiệp giấy Tân Mai đã sản xuất thử nghiệm bột mài cơ học từ gỗ keo lá tràm trên máy mài kiểu túi để sản xuất giấy báo Kết quả thí nghiệm cho thấy, bột sản xuất ra có màu nâu (do ảnh hưởng của phần lõi), chiều dài sợi khoảng 0,5 ÷ 0,8 mm nên độ bền cơ lý thấp và hiệu suất thu hoạch bột cũng thấp do bột lọt lưới nhiều do rửa bột Mức tiêu hao gỗ cho một tấn giấy lên tới 3m3 (trong khi gỗ thông 2,2 ÷ 2,4 m3) Chất lượng giấy rất kém, lực kéo đứt rất thấp, dễ ố vàng Do vậy nguyên liệu cho sợi ngắn này không thích hợp để sản xuất bột mài cơ học [17] Hiện nay nhà máy giấy Tân mai cũng đang sử dụng gỗ keo lá tràm để sản xuất bột giấy theo phương pháp CTMP kết quả cho thấy bột có những tính chất rất tốt cho việc sản xuất giấy

Xí nghiệp khoa học sản xuất giấy Viễn Đông đã nghiên cứu sản xuất thí nghiệm bột giấy từ gỗ keo lá tràm theo phương pháp xođa đã thu được một số kết quả bước đầu với hiệu suất bột nấu tương đối cao (> 50 %), xơ sợi của bột giấy mịn có màu hồng sáng Xí nghiệp này đã phối chế 30 ÷ 50 % bột này với bột lồ ô để sản xuất các loại giấy in, giấy viết kết quả giấy này có những ưu điểm là nhẵn, chặt, bắt mực in tốt hơn [17]

2.5 Giới thiệu về phương pháp nấu bột xođa

Năm 1851, phương pháp nấu bột xođa được phát minh ra bởi Burgees và Watl Đây là loại bột được sản xuất bằng cách nấu một số thực vật với dung dịch kiềm, ở nhiệt độ cao để tách loại lignin [9]

Thực vật sử dụng để nấu bột giấy có thể là loại thân gỗ (gỗ cứng, gỗ mềm) hay loại phi gỗ (rơm rạ, bã mía, cây đay, lục bình, thân cây chuối…)

Mục đích chính của quá trình nấu bột là lấy đi một lượng đủ lớn lignin để cấu trúc sợi có thể tách ra và tạo huyền phù bột giấy tốt trong nước Sau quá trình nấu ta thu được dung dịch có màu rất sẫm gọi là dịch đen

Trong quá trình sản xuất dịch đen này có thể sử dụng lại trong quá trình nấu nhằm mục đích tận dụng lại lượng kiềm dư và nhiệt độ có sẳn trong dịch đen [5]

2.5.1 Phản ứng hoá học trong nấu bột xođa

Lignin và hydratcacbon là hai cấu tử chính trong thành phần của gỗ có liên quan trực tiếp đến quá trình sản xuất và tính năng của bột giấy, chúng được liên kết với nhau theo cách đặc thù để tạo nên câu trúc đanh chắc cho gỗ Chế biến bột giấy từ

gỗ là quá trính tác dụng cơ học hay hoá học lên 2 cấu tử này nhằm giải phóng các bó

xơ sợi xenlulo [11]

2.5.1.1 Phản ứng của hydratcacbon

a/ Phản ứng oxy hóa – thuỷ phân hydratcacbon

Đây là phản ứng rất quan trọng vì luôn gặp trong quá trính nấu hay tẩy trắng bột

+ Oxy hoá: Nhóm OH ở cacbon C2, C3, C6 của vòng glucozo bị oxy hoá thành các nhóm cacbonyl, tạo nên những cấu trúc cacbonyl-β glucoxy nhạy với kiềm

+ Thuỷ phân trong môi trường kiềm: Các cấu trúc xenlulo bị oxyhoa tại C2 hoặc

C3 khá nhạy với dung dịch kiềm Sự phân hủy đại phân tử xenlulo được tiến hành trước tiên qua sự hình thành một ion, rồi kế đó là sự dịch chuyển điện tử và gây ra phản ứng cắt mạch [6]

b/ Phản ứng tách loại và chuyển vị

Trong môi trường kiềm, các cấu trúc đicacbonyl của xenlulo loại xeton hoặc anhydrit có thể tiếp tục thay đổi bằng phản ứng chuyển vị benzylic hoặc bằng phản ứng tách loại β [11]

c/ Phản ứng peeling

Sự phân hủy của xenlulo trong môi trường kiềm xảy ra theo cơ chế của phản ứng này Nó được đặc biệt quan tâm vì đặc trưng của phản ứng là sự giảm hiệu suất trong quá trình nấu và sự giảm trọng lượng phân tử của mạch xenlulo

Đó là một loại phản ứng rất khó tránh vì xảy ra ngay trong giai đoạn gia nhiệt của quá trình nấu (nhiệt độ > 80 oC) Phản ứng được đặc trưng bởi sự tách dần nhóm khử ở cuối mạch xenlulo Những phần hydrocacbon bị tách ra thì chuyễn thành các acid hữu cơ và như vậy sẽ làm giảm nồng độ ion OH-

Tương tự, do nhóm C=O ở C2, hydro ở C3 sẽ bị lấy đi ở đây, ion cacbanion hình thành có sự cộng hưởng là không bền và phản ứng peeling xảy ra Sự dịch chuyển điện

tử làm cho liên kết ete ở C4 bị đứt và đây chính là nguyên nhân của sự giảm trọng lượng phân tử mạch xenlulo

Cấu trúc enol tạo thành dễ dàng chuyển thành dạng dixeton và kế đó với chuyển

vị benzylic phản ứng peeling được lảm lại và đây được gọi là phản ứng dừng

OR là mạch polysaccaric có chứa một nhóm C=O khác và như vậy phản ứng peeling lại tiếp tục Các phân tử gluco cứ lần lượt bị tách ra hòa tan trong dịch nấu, như vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình nấu bột, đồng thời mạch xenlulo bị cắt ngắn dần đi [11]

2.5.1.2 Phản ứng của lignin

a/ Phản ứng thủy phân

Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao (>100 oC) lignin có thể bị thủy phân, thực chất đây là sự cắt đứt các liên kết ete Vì lignin trong môi trường kiềm luôn có sự hình thành cấu trúc là metylen quinon II, lúc này liên kết α-O-4 bị bẻ gãy Tiếp theo là phản ứng cắt mạch của β-O-4, có sự hình thành của nhóm cacbonyl ở Cβ Các cấu trúc cacbonyl này trong điều kiện nấu bột giấy (t0 cao, pH kiềm) có thể tham gia phản ứng ngưng tụ [6]

b/ Phản ứng ngưng tụ của lignin

Khi nấu xenlulo trong môi trường kiềm còn xảy ra phản ứng ngược với phản ứng phân hủy đó là phản ứng ngưng tụ làm tăng khối lượng lignin Hiện tượng này làm cản trở quá trình hòa tan lignin, đặc biệt là giai đoạn cuối quá trình nấu

Quá trình ngưng tụ trong môi trường kiềm xảy ra theo 3 hướng chính:

+ Ngưng tụ tạo liên kết C-C ở Cα và C5 (với sự có mặt của quinon metit) + Ngưng tụ tạo liên kết C-C ở Cα và C1 (với sự có mặt của quinon metit) + Ngưng tụ với sự tham gia của formandehyt (sản phẩm tạo ra trong quá trình tách loại metylol) Phản ứng ngưng tụ này tạo ra sản phẩm diacrylmetan với nhóm

CH2 làm cầu nối giữa đơn vị phenylpropan qua C5 (C5-CH2-C5) [1]

2.5.2 Các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng bột trong quá trình nấu bột

2.5.2.1 Tỷ trọng của nguyên liệu

Nguyên liệu có tỷ trọng càng cao thì năng suất sản xuất bột càng cao vì lượng nguyên liệu khô tuyệt đối cho một thể tích nồi nấu càng nhiều

Khi tỷ trọng gỗ càng cao thì tỉ lệ dịch cần áp dụng càng thấp, khi đó nồng độ kiềm của dịch nấu trong nồi càng cao và có thể cho phép giảm tổng lượng kiềm cần

dùng đối với những loại nguyên liệu không phải là gỗ quá già Như vậy, đối với những cây vừa độ tuổi trưởng thành, loại gỗ có tỷ trọng càng cao thì càng có lợi cho sản xuất bột

Tuy nhiên có khi tỷ trọng gỗ càng cao có thể do cây càng già, khi đó thì đòi hỏi lượng kiềm dùng còn cao hơn, kéo theo hiệu suất bột và độ bền nhiều khi bị giảm Do vậy loại nguyên liệu gỗ quá già là không có lợi cho hiệu suất và chất lượng bột [1]

2.5.2.2 Chiều dày của dăm mảnh

Khi nấu một loại bột với cùng một trị số kappa cho trước, với dăm mảnh cắt càng mỏng thì lượng bột sống càng ít, điều này càng rõ ràng vì hóa chất dễ thẩm thấu hơn vào dăm mảnh, từ đó có thể cho phép giảm một chút lượng kiềm cần dùng Tuy nhiên, điều phải trả giá khi dăm mảnh cắt với kích thước nhỏ là xơ sợi bị cắt ngắn nhiều hơn hậu quả làm giảm độ bền và hiệu suất của bột Để hạn chế tác hại này người

ta khuyến khích nên cắt dăm mảnh mỏng nhưng dài Chiều dày dăm mảnh hợp cách là

Tỷ lệ dùng kiềm ảnh hưởng rất lớn đến trị số kappa, khi tỉ lệ dùng kiềm tăng thì trị số kappa giảm vì sự tách loại lignin càng nhiều nhưng sự giảm này không phải là một đường thẳng: lúc đầu sự giảm này diễn ra rất nhanh sau đó giảm chậm Nếu ngay

từ giai đoạn đầu của quá trình nấu mà không có đủ lượng kiềm cần thiết trong dịch nấu thì sẽ xảy ra sự trùng ngưng của lignin làm cho bột bị đen [9]

2.5.2.4 Tỷ lệ dịch (L/W)

Là tỷ số của khối lượng nước ban đầu có trong nồi nấu với khối lượng dăm mảnh khô tuyệt đối Lượng nước trong nồi nấu bao gồm lượng nước có trong dịch nấu, lượng nước có sẵn trong nguyên liệu dăm mảnh dưới dạng độ ẩm của nguyên liệu và lượng nước bổ sung Khi biết được hàm lượng ẩm trong dăm mảnh, khối lượng nước

có trong dịch trắng và dịch đen cho vào nồi nấu, thì ta xác định được lượng nước sạch cần bổ sung vào nồi trước khi nấu [9]

Để đảm bảo bột chín đều thì phải áp dụng tỉ lệ dịch sao cho tấc cả dăm mảnh phải ngập hết trong dịch nấu Nhưng nếu áp dụng tỷ lệ dịch quá cao sẽ làm loãng nồng

độ dịch trong nồi nấu làm giảm tốc độ phản ứng tách loại lignin nên phải kéo dài thời gian nấu nếu không bột không đạt trị số kappa Nên chọn tỷ lệ dịch thấp nhất có thể vì như vậy sẽ duy trì được nồng độ kiềm trong dịch nấu là cao nhất, thúc đẩy phản ứng tách loại lignin điều này cho phép làm giảm thời gian nấu hoặc tiết kiệm kiềm Thông thường tỷ lệ dịch nằm trong khoảng 3 ÷ 5 [1]

2.5.2.5 Thông số H

Các loại nguyên liệu nói chung thường được nấu với khúc tuyến như sau:

Từ nhiệt độ đầu đến 120 0C: Là giai đoạn bắt đầu sự thẩm thấu dịch nấu của nguyên liệu Thời điểm này phản ứng của quá trình nấu diễn ra còn rất chậm

Giai đoạn nhiệt độ 120 ÷ 130 0C: Đây cũng là giai đoạn thẩm thấu dịch nấu của nguyên liệu nhưng với tốc độ mạnh hơn Phản ứng khử lignin cũng bắt đầu xảy ra ở giai đoạn này

Từ nhiệt độ 130 0C tăng đến nhiệt độ nấu cao nhất và giữ ở nhiệt độ đó một khoảng thời gian (gọi là bảo ôn) Giai đoạn bảo ôn phản ứng khử lignin xảy ra mãnh liệt nhất

Nhiệt độ nấu được tiến hành tùy từng loại nguyên liệu, nguyên liệu gỗ thường được nấu ở nhiệt độ 155 ÷ 180 0C; nấu tre, nứa ở nhiệt độ 160 ÷ 165 0C, các loại thảo mộc, bã mía, rơm rạ, các loại nguyên liệu thân thảo thì thường được nấu ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 135 ÷ 165 0C [9]

Quá trình nấu bột sẽ có hai mốc thời gian nấu: thời gian tăng ôn nghĩa là thời gian để tăng nhiệt độ lên nhiệt độ nấu, thời gian bảo ôn là thời gian giữ nhiệt độ nấu tại đây một thời gian Thông thường trong quá trình nấu bột, thời gian tăng ôn đối với thân thảo là từ 60 ÷ 90 phút còn thời gian bảo ôn là 30 ÷ 90 phút, đối với nguyên liệu thân gỗ hay thân trúc thì thời gian tăng ôn là 90 ÷ 180 phút và thời gian bảo ôn là 60 ÷

120 phút [9]

Để đạt được một phản ứng tách loại lignin với tốc độ mong muốn người ta phải kết hợp hài hoà giữa thời gian gia nhiệt, nhiệt độ tối đa và thời gian duy trì phản ứng ở

nhiệt độ này Sự kết hợp giữa yếu tố thời gian – nhiệt độ sẽ được đơn giản hoá bằng việc sử dụng khái niệm thông số H hay khái niệm Khúc tuyến nấu

Sử dụng thông số H cho phép ta xem thời gian và nhiệt độ nấu như một biến số đơn Điều này có một ý nghĩa thực tế rất quan trọng, cho phép hiệu chỉnh qua trình nấu trong một số điều kiện cụ thể mà vẩn ổn định được trị số kappa của bột

Với cùng một giá trị H sẽ có cùng một lượng lignin hoà tan, hay nếu nấu ở nhiệt

độ cao hơn thì thời gian nấu sẽ ngắn hơn Trong quá trình nấu, nếu tăng H factor thì lượng lignin trong bột giảm Với cùng một trị số kappa , nếu nấu bột trong môi trường kiềm cao thì thông số H phải thấp [1]

2.6 Giới thiệu về phương pháp tẩy trắng

Bột giấy sau khi được sản xuất bằng phương pháp hóa học, bán hóa, cơ học thường có màu vàng xám Bột giấy này có thể dùng được ngay để sản xuất các loại giấy không cần độ trắng cao như giấy bao bì, giấy in báo,… Nhưng nếu cần bột để sản xuất những loại giấy có độ trắng cao như giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh…thì bột giấy cần phải qua công đoạn tẩy trắng [5]

Tẩy trắng là quá trình xử lý bột với những chất có tính oxy hóa mạnh nhằm làm tăng độ trắng cho bột giấy Các phương pháp tẩy trắng được chọn sao cho phù hợp với từng loại bột giấy vì các loại bột khác nhau thì có hàm lượng cấu trúc lignin khác nhau nên sẽ tẩy trắng bằng các phương pháp khác nhau [5]

Có 2 phương pháp đước áp dụng để tẩy trắng bột giấy là giữ lại lignin và tách bỏ lignin

Tẩy trắng bằng cách giữ lại lignin là sử dụng các chất hóa học thích hợp để làm biến đổi các nhóm mang màu của lignin thành các nhóm không mang màu mà không loại bỏ lignin, cách này áp dụng cho các loại bột cơ và bột bán hóa

Tẩy trắng bằng cách loại bỏ lignin, có thể nói đây là sự nối tiếp của quá trình nấu bằng cách sử dụng các tác chất hóa học có tính oxy hóa mạnh nhằm hòa tan phần lignin còn xót lại trong bột, cách này áp dụng cho các loại bột hóa

Thực tế sản xuất thì có rất nhiều hóa chất sử dụng trong quá trình tẩy như Cl2, ClO2, 02, O3, Ca(OCl)2… có thể áp dụng quy trình tẩy ECF, TCF

Vì thời gian có hạn nên đề tài chỉ sử dụng 2 loại tác nhân tẩy trắng đó lá H2O2

và NaOCl

2.6.1 Tẩy trắng bằng NaOCl (hypoclorit natri)

Hypoclorit là một tác nhân tẩy thiên về phá hủy các nhóm mang màu của lignin,

phản ứng lúc đầu xảy ra nhanh tấn công mạnh mẽ vào lignin và sau cùng xenlulo cũng

bị tấn công Người ta nghiên cứu và kết luận rằng khi dùng NaOCl làm tác nhân tẩy

trắng thì không thể tẩy trắng bột với độ trắng cao mà không làm phá hủy xenlulo Vì

thế để sử dụng hiệu quả tác nhân tẩy trắng này một cách có hiệu quả thì nên giới hạn

độ trắng của bột tẩy đến độ trắng 75 % ISO [8]

Hypoclorit natri là muối của acid yếu và bazơ mạnh nên trong dung dịch chúng

Khả năng hòa tan lignin của hypoclorat phụ thuộc vào loại gỗ, phương pháp chế biến

bột giấy Trong môi trường kiềm hypoclorit tạo ra ion OCl- Anion OCl- tấn công chủ

yếu vào những cấu trúc carbonyl, quinon theo cơ chế ái nhân [18]

b/ Phản ứng với xenlulo

Xenlulobi bị oxy hóa trong dung dịch hypoclorit và sau đó là phản ứng thủy phân

những cấu trúc oxy hóa này Đặc biệt nếu cuối quá trình nấu pH = 6 ÷ 8 thì phản ứng

cắt mạch xenlulo sẽ được tăng tốc vì có sự hiện diện của HOCl [17]

2.6.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình tẩy bằng hypoclorit natri

Tác nhân tẩy chính của hypoclorit natri là OCl vì vậy qua số liệu bảng trên cho

ta thấy rằng muốn phát huy tác dụng của hypoclorit thì pH khi kết thúc tẩy phải đạt 9 ÷ 9,5 Khi không có lượng kiềm đủ dư thì hypocorit có thể bị phân hủy thành clorat, clorua, oxy [8]

b/ Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian

Tẩy trắng bằng hypoclorit thường sử dụng ở nhiệt độ tẩy là 35 ÷ 40 oC Nâng nhiệt độ tẩy cao hơn thì tốc độ phản ứng diễn ra nhanh hơn, thời gian tẩy giảm đi nhưng xơ sợi dễ bị phá hủy hơn Ở nhiệt độ cao hypoclorit dễ bị phân hủy nên hóa chất tẩy bị tiêu hao càng nhiều [8]

c/ Ảnh hưởng của nồng độ bột

Tăng nồng độ bột tẩy đồng nghĩa với tăng nồng độ phản ứng của hóa chất, tốc

độ tẩy tăng lên, mức phân giải hóa chất giảm đi đồng thời hạn chế sự phân hủy của xenlulo Tuy nhiên khi tăng nồng độ tẩy quá cao thì việc tuần hoàn làm đều bột với hóa chất sẽ khó khăn hơn Do đó cần phải dựa vào khả năng khuấy trộn của thiết bị tẩy

mà sử dụng nồng độ bột cho phù hợp

Thông thường nếu thiết bị tẩy là bể hay tẩy trong máy nghiền Hà Lan thì nồng

độ khoảng 3 ÷ 6 % Nếu tẩy bột bằng tháp tẩy bột được trộn đều với hóa chất trên máy vít xoắn thì nồng độ bột tẩy có thể lên đến 12 ÷ 16 % [19]

2.6.2 Tẩy trắng bằng H 2 O 2 ( peroxit hydrogen)

Tùy vào điều kiện tẩy mà H2O2 được sử dụng trong quá trình tẩy cho các loại bột hóa học, bột bán hóa, bột tái sinh, bột cơ học

Bảng 2.2: Sự khác nhau về pH và nhiệt độ đối với bột hóa và bột cơ

Đối với bột bán hóa, bột tái sinh, bột cơ Đối với bột hóa

H2O2 + Mn+ ↔ M(n+1) + OHo + OH

-2.6.2.1 Phản ứng hóa học trong quá trình tẩy

oxy hóa xenlulo thuận lợi hơn [8]

2.6.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình tẩy bằng peroxit hydrogen

a/ Hàm lượng ion kim loại

Những ion kim loại thúc đẩy phản ứng phân hủy H2O2 như Fe2+, Cu2+, Co2+,

Mn2+ Dù được sử dụng như tác chất hòa tan lignin hay làm trắng lignin thì H2O2 phải

có một độ bền nhất định để hạn chế những mất mát tác chất vô hiệu quả

Khi sử dụng H2O2 làm tác chất tẩy trắng thì cần xem xét 2 yếu tố là: độ hoạt động của tác chất đối với phản ứng hòa tan lignin và sự phân hủy H2O2 gây bất lợi cho xenlulo

Vì vậy các tiểu phân hoạt động (OHo, O2o-) cần thiết cho phản ứng cắt mạch của lignin phải đủ cao nhưng không gây hại qua mức cho phản ứng cắt mạch xenlulo Vì vậy để quá trình tẩy trắng đạt hiệu quả thì cần sử dụng hóa chất bảo ôn hạn chế quá trình phân hủy H2O2 Hóa chất bảo ôn thường được sử dụng là Na2SiO3 (Silicate),

MgSO4.7H2O Khi có mặt MgSO4.7H2O thì sự phân giải H2O2 trở nên ôn hòa hơn vì trong môi trường kiềm MgSO4 sinh ra Mg(OH)2 có khả năng hấp thụ ion kim loại nặng

và làm chậm lại sự phân giải của H2O2 [5]

b/ Ảnh hưởng của nồng độ bột

Nồng độ bột tẩy càng cao thì độ trắng bột sau tẩy càng cao Tuy nhiên để tẩy được ở nồng độ bột cao thì phải có sự khuấy trộn bột và hóa chất thật đều, nếu không

phản ứng sẽ xảy ra không đồng đều Nồng độ bột thường sử dụng 15% là thích hợp nhất

c/ Nhiệt độ tẩy

Phản ứng phân hủy H2O2 chịu ảnh hưởng rất rỏ của nhiệt độ vì nó ảnh hưởng đến hằng số phân ly của H2O2, nhiệt độ càng cao thì khả năng phân ly càng lớn

H2O2 ↔ HOO- + H3O+

Thảo luận chung

Qua những thông tin nghiên cứu về Keo lá tràm ở trong và ngoài nước tôi nhận thấy rằng cần thảo luận thêm một số vấn đề có liên quan đến đề tài như sau:

Keo lá tràm chịu được đất khô cằn bạc màu, đất đồi trọc và chịu hạn giỏi, tăng trưởng nhanh Chiều cao tăng trung bình từ 2,5 ÷ 2,8 m/năm, đường kính thân trung bình tăng 2,0 ÷ 2,5 cm/năm Sản lượng gỗ bình quân khoảng 32 m3/năm Như vậy so với các loại gỗ khác, Cây Keo lá tràm được coi là tăng trưởng khá nhanh, xét về hiệu quả kinh tế nếu nó được sản xuất bột giấy thì rất có lợi vì chu kỳ khai thác ngắn, bảo đảm được luân kỳ khai thác sản xuất liên tục đáp ứng một phần không nhỏ nguyên liệu cho sản xuất giấy

Về mặt chất lượng bột gỗ, thông thường tỷ trọng của gỗ nằm trong khoảng 0,55 ÷ 0,61 g/cm3 nên rất thích hợp cho nấu nguyên liệu bột giấy vì dịch nấu dễ thẩm thấu bột mau chín, chất lượng bột đồng đều, rút ngắn thời gian nấu Tuy nhiên, gỗ Keo

lá tràm có giác lõi phân biệt, gỗ lõi chiếm tỷ lệ rất lớn nên sẽ ảnh hưởng đến mức tiêu hao hóa chất và tỷ lệ nấu Thành phần hóa học gần giống một số loại cây lá rộng khác, hàm lượng xenlulo trung bình khoảng 45 %, lignin 24 %, pentosan 19 % với thành phần như trên thì cho thấy rằng Keo lá Tràm rất thích hợp cho việc sản xuất bột giấy

Như đã trình bày ở trên hầu hết các nghiên cứu đến các đặc điểm hình thái sợi, khối lượng thể tích cũng như các thành phần hóa học của keo lá tràm còn các nghiên cứu về quá trình sản xuất bột giấy từ keo lá tràm còn giới hạn và ít đồng bộ để có thể đánh giá khả năng sản xuất giấy từ Keo lá tràm trong công nghệ sản xuất giấy hiện nay tại Việt Nam Vì thế, việc kế thừa các kết quả đã có và tiếp tục đi sâu nghiên cứu việc sản xuất bột giấy từ keo lá tràm là hết sức cần thiết

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

Để thực hiện được mục đích đặt ra, đề tài xác định những nội dung nghiên cứu sau: + Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ nấu bột như: lượng hoá chất sử dụng, tỷ lệ dịch, thông số H

+ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hoá chất tẩy như: NaOCl, H2O2 qua các giai đoạn tẩy H0EpH1P

+ Xác định các tính chất của bột keo lá tràm đã tẩy

3.2 Nguyên liệu nghiên cứu và thiết bị thí nghiệm

3.2.1 Nguyên liệu nghiên cứu

Nguyên liệu được chọn làm thí nghiệm là cây Keo Lá Tràm được lấy tại Lâm Trường Lâm Viên thuộc huyện Thạnh Hóa, Tỉnh Long An

Keo Lá Tràm được chọn ở cấp tuổi 7, cây có đường kính và chiều cao trung bình đối với quần thể, thân thẳng và không bị sâu bệnh Trên mỗi cây lấy 3 lóng gỗ: gốc, thân, ngọn Đoạn gốc cách mặt đất 0,3 m, đoạn thân lấy ở độ cao 5 m, đoạn ngọn lấy ở độ cao 10 m

NaOCl

Nhiệt kế Becher

3.2.4 Thiết bị thí nghiệm

Máy đo độ pH Nồi điện điều chỉnh nhiệt độ Máy nghiền PFI Máy đánh tơi Pulp

Máy đo độ chịu kéo Máy đo độ chịu xé

Máy đo độ chịu gấp Thiết bị đo độ Cobb

Máy xeo giấy gồm: bộ phận lưới, bộ phận ép và bộ phận sấy

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Xác định chỉ số kappa

Xác định hiệu

Nấu bột

Tẩy trắng bằng H2O2(Giai đoạn P)

Xác định một số tính chất

của tờ giấy

Chuẩn bị huyền phù bột và Làm giấy handsheet

Tẩy trắng bằng NaOCl (Giai đoạn Ho) Trích ly bằng kiềm có bổ sung peroxyt (Ep)

Kiểm tra pH

Rửa bột Sau tẩy

Tẩy trắng

Theo quy

trình HoEpH1P

Xử lý nguyên liệu