NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ GỖ KEO LAI CHO SẢN XUẤT GIẤY IN, GIẤY VIẾT

Và để sản xuất loại giấy cao cấp, yêu cầu chất lượng bột phải có độ trắng tương đối cao và bền màu do đó bột phải được sản xuất theo phương pháp hoá học và tẩy theo phương pháp loại bỏ l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ GỖ KEO LAI

CHO SẢN XUẤT GIẤY IN, GIẤY VIẾT

Họ và tên sinh viên: TR ẦN KÌ NGUYÊN

Ngành: CÔNG NGHỆ BỘT GIẤY VÀ GIẤY Niên khoá: 2006 – 2010

Tháng 07/2010

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ GỖ KEO LAI CHO SẢN

XUẤT GIẤY IN, GIẤY VIẾT

Tác giả

TRẦN KÌ NGUYÊN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Công nghệ sản xuất giấy & bột giấy

Giáo viên hướng dẫn ThS ĐẶNG THỊ THANH NHÀN

Tháng 07 năm 2010

LỜI CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn:

- Ba mẹ 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

- Các bạn bè đặc biệt là bạn Nguyễn Thị Hòa và bạn Nguyễn Hồng Phong đã

hỗ trợ, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập cũng như trong thời gian thực hiện đề tài

- Công ty giấy Tân Mai, đặc biệt là phân xưởng bột CTMP đã hết lòng giúp

đỡ, hỗ trợ trong suốt quá trình em thực hiện luận văn tốt nghiệp

TPHCM, tháng 07/2010 Sinh viên thực hiện Trần Kì Nguyên

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ gỗ keo lai cho sản xuất giấy in, giấy viết” được thực hiện tại Công Ty Cổ Phần Giấy Tân Mai và tại trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản giấy & bột giấy trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM

Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 03/2010 đến tháng 07/2010

Nội dung của đề tài bao gồm các công đoạn như sau: Lấy mẫu dăm gỗ keo lai

từ công ty CP giấy Tân Mai về phòng thí nghiệm, xác định độ khô của dăm mảnh Sau

đó, dăm mảnh từ keo lai được đem đi nấu bột theo phương pháp soude ở các điều kiện nấu khác nhau để tìm điều kiện nấu tối ưu Khi đã tìm được điều kiện nấu tối ưu, tiến hành tẩy bột theo quy trình tẩy HEpP0P1 Tương ứng với mỗi công đoạn tẩy thực hiện thí nghiệm thay đổi thông số chính để từ đó tìm ra điều kiện tẩy hợp lý Sau cùng, bột

sẽ được đem đi xeo handsheet để xác định các tính chất của bột như: chiều dài đứt, độ bền xé, độ đục, độ trắng Từ đó ta so sánh với bột CTMP từ công ty CP giấy Tân Mai

Kết quả thí nghiệm cho thấy:

Nấu bột bằng phương pháp soude với các điều kiện nấu thích hợp như sau: lượng NaOH sử dụng 20%, L/W: 4/1, thông số H: 995 (nhiệt độ: 1700C, thời gian: 95 phút) Kết quả đạt được sau nấu là: hiệu suất bột là 58% và chỉ số Kappa = 24,29 Hiệu suất của cả quá trình nấu bằng phương pháp soude là 52%

Kết quả của qui trình HEpP0P1 tẩy trắng bột ta thu được kết quả như sau:

Giai đoạn (H) với điều kiện tẩy tối ưu là: % clo hữu hiệu sử dụng là 5.5%, nhiệt

độ tẩy là 30oC, thời gian tẩy là 90 phút, với điều kiện tẩy như trên thì độ trắng đạt được

là 65.3 % ISO

Giai đoạn trích ly bằng kiềm độ trắng tăng lên là 70% ISO và tính chất của bột sau giai đoạn này là: độ đục: 84.5%, độ nhám: 1200 ml/ph, chiều dài đứt: 4050m, độ bền xé: 26mNm2/g

Tẩy trắng bột giai đoạn (P0 ) với điều kiện như sau: MgSO4: 0.75%, NaOH: 1%,

Na2SiO3: 2.5%, H2O2: 5%, nhiệt độ tẩy: 90oC, thời gian tẩy: 180 phút Bột giấy sau khi tẩy giai đoạn P0 độ trắng đạt được là 74.89% ISO với độ trắng này ta có thể phối trộn với bột xớ dài để sản xuất giấy in, giấy viết

Tẩy trắng bột giai đoạn (P1) với điều kiện như sau: MgSO4: 0.75%, NaOH: 0.3%, Na2SiO3: 0.75%, H2O2: 1.5%, nhiệt độ tẩy: 90oC, thời gian tẩy: 180 phút Bột giấy sau khi tẩy giai đoạn P1 độ trắng đạt được là 84.63% ISO, độ đục: 83.2%, độ nhám: 1300 ml/ph, chiều dài đứt: 3700m, độ bền xé: 25.5mNm2/g Với những tính chất này ta có thể ứng dụng để sản xuất giấy trắng cao cấp

Các kết quả đo đạc, kiểm tra về các tính chất của bột làm từ gỗ keo lai có thể đáp ứng tốt các tiêu chí để sử dụng làm giấy in, giấy viết, giấy photocopy, giấy cao cấp

Khi so sánh giữa bột cơ và bột hóa đi từ nguyên liệu keo lai ta thấy rằng tùy vào mục đích sử dụng mà ta lựa chọn phương pháp sản xuất sao cho phù hợp Cụ thể như: bột giấy thành phẩm được sử dụng cho sản xuất giấy in báo thì nên lựa chọn phương pháp sản xuất bột hoá cơ (ví dụ: Bột BCTMP) vì loại bột này có hiệu suất bột theo công suất cao và giá thành rẻ Và để sản xuất loại giấy cao cấp, yêu cầu chất lượng bột phải có độ trắng tương đối cao và bền màu do đó bột phải được sản xuất theo phương pháp hoá học và tẩy theo phương pháp loại bỏ lignin

MỤC LỤC

Trang tựa i

Lời cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục v

Danh sách các chữ viết tắt viii

Danh sách các hình và biểu đồ ix

Danh sách các bảng x

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Thực trạng ngành giấy nước ta 3

2.2 Khả năng sử dụng cây keo lai trong ngành giấy 4

2.2.1 Giới thiệu cây keo lai 4

2.2.2 Nguồn gốc 6

2.2.3 Đặc điểm sinh trưởng của cây keo lai 7

2.2.4 Đặc điểm sinh thái 7

2.2.5 Đặc điểm sinh học 7

2.2.6 Yêu cầu về tính chất của các nguyên liệu có khả năng sản xuất bột giấy 8

2.2.7 Keo lai vượt trội về khả năng làm giấy so với bố mẹ 11

2.3 Sơ lược về công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ 11

2.3.1 Quá trình xử lí dăm 12

2.3.2 Quá trình nghiền sợi 13

2.3.3 Quá trình tẩy trắng bột giấy 15

2.4 Một số thông số ảnh hưởng tới quá trình nấu bột bằng phương pháp soude 16

2.4.1 Chỉ tiêu độ hợp qui cách của dăm mảnh 16

2.4.2 Tỉ lệ dùng kiềm 17

2.4.3 Tỉ lệ dịch L/W .17

2.4.4 Nhiệt độ nấu 18

2.4.5 Thời gian nấu .18

2.4.6 Tẩy trắng 19

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Nội dung nghiên cứu 23

3.2 Phương pháp nghiên cứu 23

3.2.1 Nguyên vật liệu và thiết bị thí nghiệm 23

3.2.2.Sơ đồ thưc hiện nghiên cứu 23

3.2.3.Giải thích sơ đồ thực hiện thí nghiệm 24

3.3 Phương pháp thí nghiệm 28

3.3.1 Nấu bột giấy 28

3.3.2 Rửa bột 28

3.3.3 Xác định hiệu suất và độ trắng của bột 28

3.3.4 Tẩy trắng bột bằng NaOCl 28

3.3.5.Tẩy trắng bột bằng H2 O 2 29

3.3.6 Xác định độ trắng của bột sau tẩy 29

3.3.7 Làm giấy handsheet 29

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 Kết quả nghiên cứu quá trình nấu bột giấy bằng phương pháp Soude 31

4.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng NaOH đến hiệu quả quá trình nấu bột 31

4.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ dịch nấu L/W lên hiệu quả quá trình nấu 32

4.1.3 Ảnh hưởng thông số H lên hiệu quả quá trình nấu 34

4.2 Kết quả nghiên cứu tẩy trắng bột giấy theo quy trình HEpP0P1 35

4.2.1 Ảnh hưởng của lượng Clo hữu hiệu đến hiệu quả của quá trình giai đoạn (H) 35

4.2.2.Trích ly bằng kiềm 36

4.2.3. Ảnh hưởng của lượng H2 O 2đến hiệu quả của quá trình giai đoạn (P0) 37

4.2.4. Ảnh hưởng của lượng H2 O 2đến hiệu quả của quá trình giai đoạn (P1) 38

4.3 So sánh một số tính chất của bột CTMP và bột hoá từ gỗ keo lai 38

4.4 Một số tính chất của mẫu bột sau công đoạn tẩy P1 41

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

5.1 Kết luận 42

5.2 Kiến nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

L/W Dịch nấu/khối lượng nguyên liệu KTĐ

STT Số thứ tự ISO International standards Organization

H Giai đoạn khử lignin bằng NaOCl

P0,P1 Giai đoạn khử lignin bằng H2O2

DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ

Trang

Hình 2.1: Cây gỗ keo lai 5

Biểu đồ 2.1: Thành phần hóa học của gỗ keo lai 9

Biểu đồ 2.2: So sánh hàm lượng xenlulo của gỗ keo lai với các nguyên liệu khác .9

Biểu đồ 2.3: So sánh hàm lượng hemixenlulo của gỗ keo lai với các nguyên liệu khác 10

Biểu đồ 2.4: So sánh hàm lượng lignin với các nguyên liệu khác .10

Hình 2.2: Sơ đồ minh hoạ những vùng bị phân huỷ trong cấu trúc loại gỗ mềm khi chịu tác động cơ học của một số phương pháp xử lý khác nhau 12

Hình 2.3: Thiết kế cơ bản của đĩa nghiền ở hai giai đoạn nghiền khác nhau 14

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 24

Đồ thị 4.1: Ảnh hưởng hàm lượng NaOH lên hiệu suất và chỉ số Kappa 31

Đồ thị 4.2: Ảnh hưởng tỉ lệ L/W lên hiệu suất bột và chỉ số Kappa 33

Đồ thị 4.3: Ảnh hưởng thông số H lên hiệu suất và chỉ số Kappa .33

Đồ thị 4.4: Ảnh hưởng của lượng Clo hữu hiệu lên hiệu suất và độ trắng 35

Đồ thị 4.5: Ảnh hưởng của peroxyt lên hiệu suất và độ trắng giai đoạn (P0) 37

Đồ thị 4.6: Ảnh hưởng của peroxyt lên hiệu suất và độ trắng giai đoạn (P1) 38

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Kích thước xơ sợi và thành phần hoá học của gỗ keo lai .8

Bảng 2.2: Chỉ tiêu và kích thước các loại dăm mảnh 16

Bảng 2.3: Điều kiện tẩy trắng bột hóa bằng NaOCl 19

Bảng 2.4: Điều kiện trích ly bằng kiềm 20

Bảng 2.5: Tương quan giữa hàm lượng H2O2 và hàm lượng NaOH 20

Bảng 2.6: Điều kiện tẩy trắng bột hóa bằng H2O2 22

Bảng 3.1: Cách bố trí thí nghiệm trong quá trình nấu bột 25

Bảng 3.2: Cách bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy giai đoạn (H) 26

Bảng 3.3: Cách bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy giai đoạn (EP) 27

Bảng 3.4: Cách bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy giai đoạn (P0) 27

Bảng 3.5: Cách bố trí thí nghiệm trong quá trình tẩy giai đoạn (P1) 27

Bảng 4.1: Các thông số thích hợp của quy trình HEpP0P1 và kết quả đo tính chất của bột sau mỗi công đoạn tẩy 39

Bảng 4.2: Bảng so sánh tính chất bột CTMP và bột hóa độ trắng 70% ISO 40

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa, thị trường luôn đòi hỏi nhiều chủng loại giấy có chất lượng cao Hiện tại công nghệ sản xuất giấy nước ta có thể sản xuất ra nhiều loại giấy đạt chất lượng không thua kém gì các nước trên thế giới, tuy nhiên các doanh nghiệp không chủ động được nguồn bột giấy đều rơi vào tình trạng khó khăn, sản phẩm làm ra có giá thành cao, nếu bán với giá thị trường

sẽ bị thua lỗ nặng Do ngành giấy nước ta chưa đầu tư được một nhà máy sản xuất bột giấy lớn nào đáng kể để cung cấp cho toàn ngành, phần lớn các doanh nghiệp phải nhập khẩu nên phụ thuộc hoàn toàn vào giá thế giới, mỗi năm phải nhập khẩu bình quân 130.000-150.000 tấn bột, và giá thì tăng liên tục, bình quân trên 120 USD/tấn so với đầu năm (nguồn tin từ năm 2006, tăng từ 10-20% so với năm trước) Một số doanh nghiệp chủ động sản xuất được bột giấy cho sản xuất giấy thì có sức cạnh tranh cao hơn do chi phí sản xuất thấp hơn các doanh nghiệp khác Ở những doanh nghiệp này chi phí về bột chiếm khoảng 15% tổng chi phí, còn nếu phải nhập bộtthì chi phí về bột giấy chiếm 29-35% tổng chi phí Tình trạng ngành giấy Việt Nam lệ thuộc vào bột nhập khẩu mà giá cả thì tăng liên tục làm cho các nhà đầu tư lớn trong nước và nước ngoài bắt đầu quan tâm đầu tư vào lĩnh vực này Để đầu tư vào lĩnh vực bột giấy thì trước tiên các nhà đầu tư phải tìm hiểu và lựa chọn được nguồn nguyên liệu thích hợp với từng phương pháp sản xuất bột để đáp ứng tốt cho nhu cầu sản xuất sản phẩm bột của mình

Vì thế, nghiên cứu nguồnnguyên liệu cho bột giấy và phương pháp sản xuất bột tương ứng là một vấn đề quan trọng Tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng bột giấy

mà người ta sẽ áp dụng những phương pháp sản xuất thích hợp

Ngoài ra, việc đa dạng hóa chủng loại nguyên liệu có ý nghĩa hết sức to lớn không chỉ về mặt kinh tế mà cả về mặt xã hội Để thực hiện mục tiêu đó phải có kế

2

hoạch phát triển rừng, trồng các loại cây có khả năng mọc nhanh nhằm giải quyết nhu cầu nguyên liệu Trong cơ cấu rừng trồng hiện nay, cây gỗ keo lai được trồng và phát triển rộng rãi ở nhiều khu vực phía Nam, qua thực tế sản xuất cho thấy loại cây này được dùng làm nguyên liệu giấy thì có nhiều ưu thế hơn cả loài bố mẹ

Xuất phát từ những vấn đề trên nên tôi đã tiến hành “Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ gỗ keo lai cho sản xuất giấy in, giấy viết” từ tháng 03/2010 đến tháng 07/2010 tại Công Ty Cổ Phần Giấy Tân Mai và tại trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản giấy

& bột giấy Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM nhằm giải quyết được những vấn đề

đã nêu ở trên

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu quy trình sản xuất bột bằng phương pháp soude từ gỗ keo lai cho sản xuất giấy in, giấy viết bao gồm các công đoạn : nấu bột, tẩy bột & xeo handsheet

để xác định một số tính chất cơ lý của bột giấy

So sánh hiệu suất và tính chất cơ lí của bột hoá và bột CTMP từ gỗ keo lai với cùng độ trắng 70% ISO

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Như đã đề cập ở trên, ta có rất nhiều phương pháp để sản xuất giấy như: soude, sulphat và sulfit Trong điều kiện phòng thí nghiệm việc tiến hành theo phương pháp soude và tẩy bằng NaOCl và H2O2 là thích hợp Đề tài nghiên cứu một quá trình sản xuất bột giấy từ gỗ keo lai Từ khâu nấu bột đến công đoạn tẩy trắng Trong công đoạn nấu bột, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các thông số như: lượng xút sử dụng, tỷ lệ dịch

và thông số H Đối với công đoạn tẩy trắng, để phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm đề tài chỉ nghiên cứu sử dụng hoá chất tẩy là NaOCl và H2O2 Trong đó, lượng hóa chất sử dụng được thay đổi để sao cho bột được tẩy đến độ trắng yêu cầu cho sản xuất giấy in và giấy viết Ngoài ra do giới hạn về thiết bị thí nghiệm, đề tài không thể

đo độ nhớt của bột sau các công đoạn nấu, tẩy mà chỉ có thể đo một số tính chất cơ lý của bột

Song song đó, hàng loạt các biện pháp được thực hiện như: tìm nguồn nguyên liệu tối ưu cho sản xuất, cải tiến kỹ thuật hoàn thiện dây chuyền sản xuất tương ứng với từng phương pháp sản xuất bột

Vì thế, nghiên cứu nguyên liệu cho bột giấy, dây chuyền sản xuất tương ứng với từng phương pháp sản xuất bột là một vấn đề quan trọng Việc đa dạng hóa chủng loại nguyên liệu có ý nghĩa hết sức to lớn không chỉ về mặt kinh tế mà cả về mặt xã hội Để thực hiện mục tiêu đó phải có kế hoạch phát triển rừng, trồng các loại cây có khả năng mọc nhanh nhằm giải quyết nhu cầu nguyên liệu Trong cơ cấu rừng trồng hiện nay, cây gỗ keo lai được trồng và phát triển rộng rãi ở nhiều khu vực phía Nam, qua thực tế sản xuất cho thấy loại cây này được dùng làm nguyên liệu giấy thì có nhiều

ưu thế hơn cả vì nó phù hợp với nhiều phương pháp sản xuất bột như:

4

Phương pháp bán hóa học

Bản chất của phương pháp này là kết hợp cả hai tác nhân hóa học và cơ học, đầu tiên dăm mảnh được xông hơi và thẩm thấu hóa chất ở nhiệt độ cao để hóa chất thẩm thấu vào dăm mảnh và làm tan rã một phần lignin trong mảnh, dẫn đến dăm mảnh mềm ra và liên kết giũa các xơ sợi bị suy yếu, tiếp theo dăm được đưa vào máy nghiền để xử lý cơ học, chuyển thành dạng xơ sợi, hiệu suất bột thu được thấp hơn so với các phương pháp sản xuất bột cơ đơn thuần nhưng cao hơn bột hóa Ngoài ra, một

số đặc tính khác được cải thiện như sự đồng đều về chiều dài xơ sợi, độ bền cơ lý cao hơn so với các phương pháp cơ học

2.2 Khả năng sử dụng cây keo lai trong ngành giấy

2.2.1 Giới thiệu

Tên Việt Nam: Gỗ keo lai

Tên khoa học: Acacia mangium x Acacia auriculiformis (Acacia hybrid)

Họ thực vật: Trinh nữ (Minosaceae)

Họ phụ: Trinh nữ (Mimosoideae)

Hình 2.1: Cây gỗ keo lai

6

2.2.2 Nguồn gốc

Cây gỗ keo lai là cây được lai tự nhiên giữa cây Keo Tai Tượng và cây Keo Lá

Tràm Được phát hiện đầu tiên tại Australia (1970) và năm 1972 Hepburn và Shim

phát hiện ra gỗ keo lai tại Sook, Sabah, Malaysia

Năm 1972, Kowanish đã nêu lên sự cần thiết nghiên cứu có kiểm tra về sự thụ phấn chéo giữa cây keo tai tượng và cây keo lá tràm để tìm ra tính ưu việt về khả năng chịu hạn, sinh trưởng nhanh và có đặc tính tốt hơn cây bố mẹ

Đến năm 1976, Tham đã chứng minh rằng keo tai tượng và keo lá tràm có thể thụ phấn chéo với nhau và tạo ra cây keo lai có sức sinh trưởng vượt trội so với cây bố

mẹ của chúng

Năm 1987, trung tâm hạt giống cây rừng Asean-Canada đã tìm ra được hạt

giống từ cây keo lá tràm trồng gần cây keo tai tượng Đem gieo trồng thử và đã thu được cây con có những đặc tính hoàn toàn hơn hẳn cây bố mẹ

Năm 1989, Wongmanee đã có kết quả nhân giống sinh dưỡng thành công cây keo lai và họ cho rằng không có gì khó khăn khi nhân giống keo lai Đây cũng là một thông tin đáng mừng cho việc nhân giống rộng rãi đối với loài cây ưu việt này.[11]

Tại Đông Nam Á vào những năm 1980-1990 một số nước đã phát hiện ra được

cây keo lai và những đặc tính vượt trội của nó và đã được nhân giống và gieo trồng ở

nhiều nơi Tại Việt Nam cây keo lai đã được phát hiện tại Ba Vì (Hà Tây), Thống Nhất (Đồng Nai), Sông Bé và ở một số địa phương khác

Cây keo lai đã được trung tâm nghiên cứu giống cây rừng nghiên cứu về chọn

và nhân giống, khảo nghiệm dòng vô tính và đánh giá các lợi điểm khác… và sau đó

đã đưa ra trồng thử nghiệm trên nhiều vùng sinh thái chính của nước ta

Năm 1996 theo kế hoạch của dự án, 5 triệu ha rừng cây keo lai được chọn trồng tại một số điểm thuộc các vùng sinh thái chính của Việt Nam Và cho đến hiện nay keo lai đã được đưa ra gieo trồng đại trà ở nhiều địa phương trên cả nước

2.2.3 Điểm sinh trưởng của cây keo lai

Cây keo lai là loài cây có sức đề kháng tốt, có khả năng sinh sống trên các lập địa nghèo dinh dưỡng và trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt Là loài cây mọc nhanh

và ưa sáng toàn phần

Đặc điểm nổi bật của cây keo lai là có ưu thế rõ rệt về sinh trưởng so với cây bố

mẹ Tại khu vực Trị An (Đồng Nai) Cây keo lai 5 năm tuổi sinh trưởng về chiều cao nhanh hơn keo tai tượng 1.52 lần, so với keo lá tràm hơn 1.64 lần Về đường kính, tăng nhanh hơn so với keo tai tượng 1.09 lần và so với keo lá tràm là 1.44 lần.[11]

Hệ số biến động về đường kính và chiều cao của keo lai luôn luôn nhỏ hơn keo tai tượng và keo lá tràm Có thể nói là quần thể keo lai có độ đồng đều hơn hẳn quần thể keo tai tượng và quần thể keo lá tràm

2.2.4 Đặc điểm sinh thái

Vùng sinh thái thích hợp cho sự phát triển của cây keo lai là:

Lượng mưa từ 1.500 – 2.500 mm/năm

Cây cao đến 25 – 30 m, đường kính có thể đến 60 – 80 cm

Cây ưa sáng, mọc nhanh, có khả năng cải tạo đất, chống xói mòn, chống cháy rừng

Gỗ thẳng, màu vàng trắng có vân, có giác lõi phân biệt

Thân cây: thẳng, tròn, tỉa cành tự nhiên tốt, phân cành cao, thường có hai thân

8

Quả: có hình dạng trung gian giữa bố và mẹ, hình bầu dục, màu nâu nhạt, mỗi

quả có từ 5-7 hạt

2.2.6 Yêu cầu về tính chất của các nguyên liệu có khả năng sản xuất bột giấy

Kích thước xơ sợi

Về tương quan tỉ lệ thành phần kích thước xơ sợi trong nguyên liệu thì tỉ lệ xơ dài (≥4mm) phải cao, sau đến xơ trung bình (>2mm), tỉ lệ xơ ngắn (≤2mm) và quá ngắn (<1mm) phải chiếm rất ít

Hàm lượng (%) xenlulo toàn phần

xenlulo là thành phần chính để cấu tạo nên tờ giấy, hàm lượng xenlulo càng cao thì lượng bột càng tốt Để đảm bảo về mặt kinh tế kỹ thuật trong sản xuất bột giấy, hàm lượng xenlulo phải đạt tối thiểu từ 35% trở lên so với nguyên liệu khô tuyệt đối

Hàm lượng (%) hemixenlulo

Hàm lượng hemixenlulo cần thấp để đỡ tiêu hao hóa chất và rút ngắn thời gian nấu Tuy nhiên trong sản xuất bột giấy, hemixenlulo nếu có tỷ lệ hợp lý sẽ giúp xenlulo đan dệt tốt hơn, làm tăng tính bền cơ lý của tờ giấy Nhưng nếu hàm lượng

hemixenlulo cao quá sẽ làm tính bền cơ lý của xơ sợi giảm, giấy dễ bị ố vàng và giòn

Hàm lượng (%) lignin

Hàm lượng lignin càng thấp càng tốt vì lignin gây tiêu hao nhiều hóa chất nấu

và tẩy Mặt khác lignin là thành phần có hại đối với tính chất tạo giấy của bột giấy, đó

là làm xơ cứng xơ sợi, hạn chế sự trương nở của xơ sợi gây khó khăn cho quá trình nghiền, làm xơ sợi dễ bị cắt ngắn, hạn chế sự chỗi hóa của xơ sợi, kết quả là làm giảm liên kết của các xơ sợi, giảm độ bền cơ lý của giấy Ngoài ra lignin là thủ phạm chính gây ra hiện tượng ngả màu vàng, lão hóa của giấy Đối với cây keo lai, kích thước xơ sợi và thành phần hoá học của nguyên liệu được thể hiện như trong Bảng 2.1

Bảng 2.1: Kích thước xơ sợi và thành phần hoá học của gỗ keo lai

Chiều dài xơ sợi (mm)

Hàm lượng xenlulo (%)

Hàmlượng hemixenlulo (%)

Hàmlượng lignin (%)

Gỗ keo lai 5-7

tuổi

21.43%

lignin

Biểu đồ 2.1: Thành phần hóa học của gỗ keo lai

So sánh hàm lượng xenlulo của gỗ keo lai với các

nguyên liệu khác

50.57

47 48

43 41.05

0 10 20 30 40 50 60

Biểu đồ 2.2: So sánh hàm lượng xenlulo gỗ keo lai với các nguyên liệu khác

So sánh hàm lượng hemixenlulo của gỗ keo lai

với các nguyên liệu khác

21.43 20 21

16.45

26

0 5 10 15 20 25 30

Biểu đồ 2.3: So sánh hàm lượng hemixenlulo của gỗ keo lai với các nguyên

liệu khác

So sánh hàm lượng lignin của gỗ keo lai với các

nguyên liệu khác

25 22

27 26.07

15.21

0 5 10 15 20 25 30

Biểu đồ 2.4: So sánh hàm lượng lignin với các nguyên liệu khác

Từ 4 Biểu đồ 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 ta thấy rằng : keo lai có hàm lượng xenlulo cao chiếm 50,57% đã đáp ứng được tiêu chuẩn chủ yếu để lựa chọn nguyên liệu sản xuất giấy là phải có hàm lượng xenlulo trên 35%; hàm lượng ligin tương đối thấp chiếm 26,07% đây là điểm thuận lợi cho việc nấu bột và tẩy trắng vì đỡ tiêu hao hóa chất để hòa tan lignin; hàm lượng hemixenlulo ở mức độ vừa phải, mức độ này gần bằng như các cây sử dụng làm nguyên liệu giấy khác

2.2.7 Keo lai - vượt trội vê khả năng làm giấy so với bố mẹ

Keo lai mang tính trung gian giữa keo tai tượng và keo lá tràm về hoa, hạt và hình dáng thân cây… song cây lai tự nhiên đời F1 thể hiện ưu thế lai hơn so với cây bố mẹ: sinh trưởng nhanh, độ tròn đều của thân cây, thân cây đơn trục, đỉnh ngọc phát triển tốt Tuy nhiên, đến trước năm 1996 mới chỉ có một số những nghiên cứu về tính chất cơ bản về hình thái và sinh trưởng của chúng cũng như khả năng nhân giống bằng

mô hom và nuôi cấy mô mà chưa có những nghiên cứu về tính chất vật lý, cơ học cũng Theo giáo sư Lê Đình Khả, điểm nổi bật của cây keo lai là: sinh trưởng nhanh gấp 1,2 đến 1,6 lần về chiều cao; 1,3 đến 1,8 lần về đường kính; 2 lần về thể tích ở giai đoạn 4,5 tuổi so với keo tai tượng Về khả năng sản xuất bột giấy, Viện Khoa học Lâm nghiệp – Việt Nam kết hợp với keo tai tượng Về khả năng sản xuất bột giấy, Viện khoa học Lâm nghiệp – Việt Nam kết hợp với Viện công nghiệp giấy và xenlulo đã có những nghiên cứu đầu tiên sử dụng keo lai vào sản xuất bột giấy vào năm 1995 với dòng keo lai F14 tuổi lấy từ Ba Vì Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng xenlulo trong keo lai cao hơn keo lá tràm (50,57% so với 47,64%) và tương đương với keo tai tượng Các thành phần khác nhau tương đương nhau Chất lượng bột từ keo lai theo phương pháp nấu sunphát cao hơn hẳn so với cây bố mẹ: với mức dung kiềm 17%

Na2O so với nguyên liệu khô tuyệt đối cho keo lai và keo lá tràm, 15% Na2O cho keo tai tượng hiệu suất bột sau nấu lần lượt là 51%, 47,5% và 47,1% với trị số kappa 21;

độ bền cơ lý của bột sau nấu – tẩy từ nguyên liệu keo lai đều cao hơn: độ chịu kéo 8.400m trước tẩy (7.100m sau tẩy), 6.852 m của keo tai tượng (6.539 m sau tẩy); độ chịu gấp là 1.300 đôi lần trước tẩy (790 đôi lần sau tẩy) so với 820 đôi lần của keo lá tràm (417 đôi lần sau tẩy), 440 đôi lần của keo tai tượng (305 đôi lần sau tẩy); độ trắng

của bột sau tẩy đạt trên 85% ISO so với 81% ISO bột tẩy từ cây bố mẹ

2.3 Sơ lược về công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng (CTMP)

Công nghệ sản xuất bột CTMP từ khi xuất hiện đến nay đã có nhiều cải tiến nhưng các dây chuyền hiện đại đang hoạt động trên thế giới đều bao gồm các công đoạn chính như: xử lý dăm mảnh nguyên liệu, nghiền, sàng chọn và làm sạch và tẩy trắng bột

và xenlulo vô định hình được làm mềm ở 200C, như vậy điểm chảy mềm của lignin là thông số quan trọng cho quy trình xử lý

Với công nghệ CTMP, việc xử lý hóa học ở công đoạn thẩm thấu hóa chất sẽ làm cho tính chất của lignin thay đổi và nhiệt độ chảy mềm của lignin cũng sẽ thấp hơn, việc tách sợi được cải thiện, lượng bột gỗ thô sẽ giảm Trong trường hợp này, sự phá hủy cấu trúc gỗ xảy ra ở lớp vách trung gian

Hình 2.2: Sơ đồ minh họa những vùng bị phân hủy trong cấu trúc loại gỗ mềm khi

chịu tác động cơ học của một số phương pháp xử lý khác nhau

Nhiệt độ chảy mềm của lignin còn phụ thuộc vào cấu trúc của gỗ, cấu trúc lignin gỗ cứng chứa chủ yếu loại cấu trúc syringyl (2 nhóm metoxy), còn gỗ mềm chủ yếu là loại guaiacyl (1 nhóm metoxy) Khi có nhiều nhóm metoxy việc tạo liên kết ngang cho lignin sẽ khó khăn hơn, do đó nhiệt độ chuyển tiếp của nó sẽ thấp hơn Những thay đổi hóa học trong cấu trúc lignin sẽ ảnh hưởng đến điểm chảy mềm, bột

CTMP – với các nhóm acid sulfunic (quá trình sunfonat hóa) hay nhóm carboxyl (xử

lý peroxide) làm hạ thấp điểm chảy mềm của lignin Xử lý hóa học còn ảnh hưởng đến

sự trương nở của gỗ và sẽ tăng khi hàm lượng nhóm ion của lignin tăng

Quy trình xử lý dăm tiến hành như sau: Trong xyclo chứa dăm mảnh nguyên liệu đi từ trên xuống, hơi nước đi từ dưới lên (gồm hơi áp suất thấp và hơi thu hồi từ quá trình nghiền), dưới tác dụng nhiệt của hơi nước, các mao mạch trong mảnh nguyên liệu dần bão hòa nước tạo điều kiện cho quá trình thẩm thấu hóa chất được thuận lợi hơn

Đối với nguyên liệu là gỗ cứng hóa chất dùng cho thẩm thấu thường là: NaOH hoặc NaOH + Na2SO3 Song song với việc hòa tan một số các hợp chất có phân tử lượng thấp và một phần lignin, tác dụng quan trọng nhất của giai đoạn thẩm thấu hóa chất là làm cho các thớ gỗ bị trương nở mạnh, hình thành bên trong dăm gỗ một áp suất trương nở và có thể tham gia vào việc phá vỡ các mối liên kết trong gỗ và qua đó làm lỏng lẽo cấu trúc xơ sợi của gỗ giúp chúng trở nên mềm để dễ nghiền hơn Hiện tượng trương nở của xơ sợi chỉ đạt đến một giới hạn nào đó, vì trong phạm vi giãn nở

do hút ẩm của gỗ trong nước bị hạn chế bởi hiện tượng bao bọc của các chất kết dính nội tại làm cho nước không có khả năng ngấm sâu thêm vào gỗ được nữa, do đó quá trình trương nở sẽ ngừng ở một mức độ tới hạn nhất định

2.3.2 Quá trình nghiền sợi

Nguyên lý chính của quá trình nghiền là đưa dăm mảnh vào một môi trường chịu tác động tuần hoàn của một ứng suất, ở đó năng lượng cơ học được hấp thụ để phá vỡ cấu trúc nguyên liệu gỗ ban đầu Sợi được tách ra và vấn đề là kiểm tra sự cắt

và tính mềm mại của xơ sợi, điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm ẩm của gỗ

Hai tác động quan trọng trong quá trình sản xuất bột cơ học là sự tách sợi từ cấu trúc gỗ và kế đó là giai đoạn phát triển tính mềm mại đàn hồi cho sợi Trong quá trình nghiền, gỗ được sử dụng ở dạng dăm mảnh có kích thước khá đồng đều, chúng sẽ được tách sợi và chổi hóa trong một hoặc hai thiết bị nghiền kế tiếp nhau Khi dăm gỗ được đưa vào trung tâm giữa hai đĩa nghiền, ma sát vào các cạnh dao nghiền tức thời dăm bị đánh vỡ ra thành mảnh nhỏ và quá trình nghiền những mảnh nhỏ này bắt đầu khi chúng va đập vào nhau và đập vào các dao nghiền trên hai đĩa nghiền Lực ly tâm

sẽ làm văng bột và phần gỗ thô ra ngoài theo phương bán kính và làm thể tích vùng nghiền trong khoảng trống giữa hai đĩa nghiền sẽ nhỏ lại

Tương tác giữa rotor, stato và xơ sợi sẽ sinh ra sự tách sợi và chổi hóa đến một

độ thoát nước nhất định Sự va chạm của sợi bên trong thiết bị nghiền (bao gồm cả ma sát nội trong bản thân cấu trúc sợi) tiêu tốn một phần năng lượng đáng kể, năng lượng này sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng

Quá trình tách sợi và chổi hóa xơ sợi được thực hiện ở hai giai đoạn nghiền khác nhau, đĩa nghiền trong hai giai đoạn nghiền cũng có thiết kế khác nhau Đĩa nghiền ở giai đoạn 1 có khoảng trống giữa đĩa nghiền rộng, các dao nghiền thưa trong vùng đánh vỡ dăm gỗ sẽ cho phép phát triển lực ly tâm, đẩy các mảnh gỗ nhỏ này theo hướng bán kính vào vùng nghiền Ở vùng nghiền mảnh gỗ sẽ được chuyển thành bột giấy nhờ tác động dao nghiền rãnh nghiền hẹp hơn Đĩa nghiền của giai đoạn hai thường có vùng đánh vỡ dăm ngắn hơn và bề mặt vùng nghiền rộng hơn, vật liệu chế tạo đĩa nghiền thường là thép cứng nickel hay những loại thép và hợp kim đặc biệt

Hình 2.3: Thiết kế cơ bản của đĩa nghiền ở hai giai đoạn nghiền khác nhau

Lực tác dụng trong máy nghiền chủ yếu là sự kết hợp giữa lực nén và lực cắt,

sự phân bố lực này phụ thuộc vào vật liệu và cấu tạo đĩa nghiền Lực nén giữ vai trò phân rã dăm mảnh thành xơ sợi còn lực cắt giúp phát triển tính chất sợi Chỉ có một phần nhỏ năng lượng nghiền có tác dụng phân hủy cấu trúc gỗ còn đa phần năng lượng được sử dụng nhào trộn sợi chuyển hóa thành nhiệt, và như vậy làm cho sợi mềm dẻo

và thích hợp cho quá trình sản xuất giấy tiếp theo Tuy nhiên sự sinh nhiệt này cũng có

một tác động không tốt, nếu nhiệt độ trong máy nghiền quá cao có thể xảy ra sự sẫm

màu bột không mong muốn

2.3.3 Quá trình tẩy trắng bột giấy

Bột hóa nhiệt cơ là loại bột có hiệu suất cao, nên thành phần của bột vẫn chứa

hầu hết các thành phần của gỗ: xenlulo, hemixenlulo, lignin và một số hợp chất có

phân tử thấp

Bản chất của quá trình tẩy trắng bột cơ học là song song với quá trình loại bỏ

một phần nhỏ lignin thì chủ yếu là làm mất màu các nhóm mang màu có trong lignin

và các hợp chất dẫn xuất có nguồn gốc từ lignin sinh ra trong quá trình sản xuất bột

Phân tử lignin tự nhiên không mang màu song thành phần của nó có các tập hợp liên

kết chưa bão hòa, mang màu như: nhóm cacbonyl, nhóm etylenic, các vòng thơm…khi

có mặt của các nhóm trợ màu thì cường độ màu sắc của chúng tăng lên khá nhiều

Quá trình tẩy trắng bột cơ học chủ yếu được áp dụng theo hai phương pháp:

phương pháp khử và phương pháp oxy hóa Hai phương pháp này có thể sử dụng kết

hợp với nhau Tác nhân tẩy trắng mang tính khử thường sử dụng là: bisunphit, đitionit,

bohyđro (BH4)… song chất hay được sử dụng nhất là Na2S2O4 Tác nhân oxy hóa bao

gồm hợp chất peroxide, ôzôn Dựa vào thực tế sản xuất tại nhà máy, đề tài chỉ tập

trung tìm hiểu về công nghệ tẩy bằng peroxide

Hóa học của công nghệ tẩy trắng bằng peroxide

Hóa học của công nghệ tẩy bột bằng peroxide thường là giống nhau trong nhiều

trường hợp, song các điều kiện sử dụng đặc biệt thay đổi theo loại bột cần phải tẩy

Hóa chất thường được sử dụng trong công nghệ này là H2O2 do hiệu quả tẩy khá cao,

thân thiện với môi trường, chi phí hợp lý hơn

Quá trình tẩy trắng bằng peroxide thường được tiến hành trong môi trường

kiềm Dưới tác dụng kiềm, peroxide tạo thành ion perhydroxyl OOH- theo phương

trình (2.1) Ion OOH- là tác nhân oxy hóa các nhóm mang màu của các hợp chất hữu

cơ có trong lignin và một số hợp chất hữu cơ phân tử lượng thấp khác, đem lại độ

trắng cho bột (phương trình 2.2)

 OOH- + Màu  Màu Oxy hóa + OH- (2.2)

Theo Martin, trong môi trường pH thấp hay nồng độ ion OH- thấp, không đủ cho phản ứng tạo ion OOH- nên hiệu quả tẩy rất thấp (tại pH 10,5 chỉ có dưới 10%

H2O2 tạo thành OOH- trong khi tại pH là 12,5 thì lượng này là 95%) Tuy nhiên nếu

pH môi trường tẩy quá cao sẽ phá hủy ngay các ion OOH- ngay sau khi tạo thành, mặt khác trong môi trường kiềm mạnh còn thúc đẩy phản ứng hóa học giữa kiềm và lignin làm độ trắng của bột giảm, đặc biệt khi tiến hành tẩy trắng ở nhiệt độ cao đồng thời môi trường kiềm mạnh cũng làm cho quá trình phân hủy peroxide xảy ra mạnh hơn (phương trình 2.3) Như vậy việc khống chế pH là rất quan trọng trong quá trình tẩy trắng bột cơ học bằng peroxide Thông thường pH thường được giữ trong khoảng 10,5 – 12,5 trong suốt quá trình tẩy

Phương trình (2.3) mô tả quá trình phân hủy H2O2 thường được xúc tác bởi các ion kim loại nặng như Fe, Cu, Ni, Mn hoặc các loại enzym, các chất xúc tác sản sinh bởi vi khuẩn trong gỗ, phần H2O2 tham gia phản ứng này xem như không tham gia vào quá trình tẩy bột

Từ các phản ứng trên cho ta thấy rằng để có một quá trình tẩy hiệu quả thì các phản ứng trên cần được kiểm soát một cách tối ưu như: sử dụng hóa chất bảo ôn (Na2SiO3) hoặc tiền xử lý bột bằng hóa chất (MgSO4, DTPA, EDTA…) để loại các chất xúc tác làm phân hủy H2O2 Mặt khác hỗn hợp Na2SiO3 và MgSO4 còn hoạt hóa

H2O2 tạo ra phản ứng phân ly các sản phẩm trung gian là peroxide silicat HOO-.SiO3

không bền trong nước có tác dụng oxy hóa mạnh hơn nhiều so với peroxide

 2.4 Một số thông số ảnh hưởng đến quá trình nấu bột bằng phương pháp soude

2.4.1 Chỉ tiêu độ hợp qui cách của dăm mảnh [3]

Bảng 2.2: Chỉ tiêu về kích thước các loại dăm mảnh

Loại nguyên liệu Kích thước cắt nguyên liệu

Các loại gỗ Kích thước có thể cắt là: dài 12 – 30mm, dày 2 –

10mm, rộng 10 – 20mm

Các loại tre, nứa, lồ ô,… Kích thước mảnh: dài  rộng = từ (25 30)  5

(mm), hoặc 10  5 (mm), đạt tỷ lệ 80% trong dăm cắt và không có dăm nào dài quá 100 mm

Các loại rơm rạ, thân thảo,… Phải cắt ngắn 20 mm hoặc 30 mm chiếm tỷ lệ 85 %

trong nguyên liệu cắt và không có dăm dài quá 100

mm, bề dày của nguyên liệu là 1,2 – 3 mm, rộng 8-

2.4.3 Tỷ lệ dịch (L/W) [6]

Là tỷ số giữa 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 hàm lượng ẩm trong dăm mảnh, khối lượng nước có trong dịch trắng và dịch đen đã cho vào nồi nấu, thì ta xác định được lượng nước sạch cần bổ sung thêm vào nồi trước khi nấu

Lượng dịch nấu đưa vào ảnh hưởng nhiều đến nồng độ kiềm ban đầu Nồng độ tác chất ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng hòa tan lignin và xenlulo Mặt khác, yếu tố này còn ảnh hưởng đến khả năng phân tán và thẩm thấu đều hóa chất vào bên trong thớ xơ sợi nguyên liệu Mức độ tương quan giữa hai yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất và chỉ số Kappa

2.4.4 Nhiệt độ nấu [4]

Nhiệt độ khi nấu là yếu tố cơ bản làm ảnh hưởng tới thời gian của quá trình nấu Khi nấu bột soude ở trong phòng thí nghiệm, ông Breia đã nghiên cứu nấu từ nhiệt độ

140 – 1800C và rút ra kết luận: để đạt được hiệu suất bột như nhau, khi nấu ở nhiệt độ

1700C cần thời gian ít hơn 2 lần khi nấu ở nhiệt độ 1600C; Khi nấu ở nhiệt độ 1800C thì thời gian nấu giảm đi hai lần so với khi nấu ở 1700C Như vậy, nếu tăng nhiệt độ nấu lên 100C (trong khoảng 150 – 1800C) thì thời gian nấu sẽ giảm được 2 lần và hiệu suất như nhau Đây cũng là nguyên tắc rất thuận lợi để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt

độ lên thời gian nấu

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

- Từ nhiệt độ đầu đến 1200C: 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 – 1300C: 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 1300C 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 – 1800C; nấu tre, nứa ở nhiệt độ 160 – 1650C, 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 – 1650C

2.4.5 Thời gian nấu [4]

Thời gian nấu có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình nấu bột Khi ở nhiệt độ nấu cao, các tác nhân nấu dễ tấn công vào các hydratcacbon Đồng thời khi ở nhiệt độ nấu cao và thời gian nấu được duy trì càng lâu thì phản ứng phá hủy các hydratcacbon càng diễn ra mạnh mẽ

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

2.4.6 Tẩy trắng

Có hai phương pháp tẩy trắng bột giấy là: giữ lại lignin hay còn gọi là làm trắng

bột giấy và phương pháp loại bỏ lignin ra khỏi bột giấy Thông thường, phương pháp

loại lignin cho bột có độ trắng cao nhưng cũng khó thực hiện hơn so với phương pháp

tẩy giữ lại lignin [2]

Ở đây đề tài hướng đến mục tiêu là ứng dụng bột giấy từ gỗ keo lai để sản

xuất các loại giấy in, giấy viết, giấy cao cấp nên bột giấy phải đạt độ trắng cao Do

đó sử dụng NaOCl, H2O2 là thích hợp để tẩy trắng bột giấy gỗ keo lai ở mức độ cần

thiết NaOCl là một tác nhân tẩy thực, nó thiên về phá huỷ các nhóm mang màu của

lignin và được tẩy hạn chế với yêu cầu cho hiệu suất bột cao Phản ứng lúc đầu xảy

ra nhanh, và sau đó tấn công mạnh mẽ vào lignin Đến một lúc nào đó thì xenlulo

cũng bị tấn công Tuy nhiên, khả năng tẩy trắng bột là rất cao Điều kiện tẩy trắng

bột hoá bằng NaOCl được thể hiện như trong Bảng 2.3

Bảng 2.3: Điều kiện tẩy trắng bột hóa bằng NaOCl

Thường sau công đoạn tẩy bằng NaOCl là công đoạn trích ly bằng kiềm nhằm

hòa tan phần lignin đã bị oxy hóa ra khỏi bột Điều kiện tẩy trắng bột hoá bằng cách

trích ly kiềm được thể hiện như trong Bảng 2.4

Bảng 2.4: Điều kiện tẩy trắng bột hóa bằng cách trích ly kiềm

Hàm lượng H2O2 Tùy thuộc hàm lượng NaOH cho vào

Một số khảo sát thực nghiệm cho thấy tương quan giữa H2O2 và lượng kiềm thích hợp được thể hiện ở Bảng 2.5

Bảng 2.5: Tương quan giữa hàm lượng H2O2 và hàm lượng NaOH

Hàm lượng H2O2, % so với bột Hàm lượng NaOH, % so với bột

1 1.5

3 – 4

Trong quy trình tẩy ta cũng sử dụng hoá chất là H2O2 để tẩy trắng sẽ không gây ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất bột vì H2O2 làm trắng bột theo phương pháp giữ lại lignin chứ không hoàn toàn khử loại lignin H2O2 ít gây độc và thích hợp với điều kiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Bột giấy và Giấy thuộc trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản giấy và bột giấy của Trường

Quá trình tẩy trắng bằng H2O2 thường được tiến hành trong môi trường kiềm Thông thường pH thường được giữ trong khoảng 10,5 – 12,5 trong suốt quá trình tẩy

Trong quá trình tẩy có thể xảy ra phản ứng phân hủy H2O2 như ở phản ứng sau:

Phương trình trên mô tả quá trình phân hủy H2O2 thường được xúc tác bởi các ion kim loại nặng như Fe, Cu, Ni, Mn hoặc các loại enzym Các chất xúc tác sản sinh

bởi vi khuẩn trong nguyên liệu hoặc phần nước trong bột Nguyên nhân là do bột sau nấu được rửa bằng nước Trong khi đó, nước này có thể còn tồn tại các ion kim loại như Fe, Cu, Mg… Phần H2O2 tham gia phản ứng này xem như không tham gia vào quá trình tẩy bột Vì vậy, chúng làm giảm hiệu quả của quá trình tẩy trắng của H2O2 và gây tốn H2O2

Do đó, 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) Silicate vừa có chức năng như chất bảo ôn H2O2, nguồn bổ sung kiềm và là chất trợ trong hệ thống tẩy bằng peroxide Vai trò của Na2SiO3 là tạo hỗn hợp đệm với NaOH để duy trì pH kiềm tính trong suốt quá trình tẩy để ổn định H2O2 luôn luôn tạo

ra tác nhân tẩy OOH- là chủ yếu Mặt khác, Na2SiO3 còn hoạt hóa H2O2 tạo ra phản ứng phân ly các sản phẩm trung gian là peroxide silicat HOO-.SiO3 không bền trong nước có tác dụng oxy hóa mạnh hơn nhiều so với peroxide [2]

Thành phần của dung dịch Na2SiO3 là hỗn hợp gồm: SiO2 và NaOH Nồng

độ Na2SiO3 sử dụng là 410Be, tức là SiO2 29 % và NaOH là 12 % Mức dùng của

Na2SiO3 được điều chỉnh tùy thuộc vào pH của dịch tẩy cần đạt được [14]

Vào năm 1980, H2O2 được khám phá là cũng có khả năng hòa tan lignin nghĩa

là có thể được sử dụng để tẩy trắng bột hóa Khuynh hướng này cũng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường gây ra bởi clo Điểm cần lưu ý là phản ứng làm trắng và phản ứng hòa tan lignin được diễn ra theo hai cơ chế hoàn toàn khác nhau và đòi hỏi những điều kiện phản ứng cũng rất khác Ví dụ khi tẩy trắng bột cơ, hay khi muốn phát huy vai trò làm trắng lignin của H2O2, thì nhiệt độ phải dưới 900C, pH không vượt quá 10,5 Nhưng khi muốn sử dụng H2O2 để hòa tan lignin của bột hóa thì cần phải có pH

và nhiệt độ khá cao (nhiệt độ khoảng 90 – 1200C, pH 11 – 11,5) Việc sử dụng H2O2

để hòa tan lignin còn góp phần cải thiện độ trắng của bột [2] Điều kiện tẩy bằng H2O2được thể hiện như trong Bảng 2.6

Bảng 2.6: Điều kiện tẩy trắng bột hóa bằng H2O2