6. Cấu trúc luận án
1.5.1. Cấu trúc ngang của sợi gỗ
Nhiều nghiên cứu đều thống nhất [3], [22], [46] cho rằng, sợi gỗ gồm bốn phần: Phần lõi (W), vách tế bào thứ cấp (S1,2,3), vách tế bào sơ cấp (P) và vách tế bào trung gian (M). Cấu trúc của sợi gỗ đƣợc minh hoạ trên hình 1.20.
Hình 1.20. Cấu trúc của một sợi gỗ [3], [22]
Các thành phần hoá học của một sợi gỗ gồm xenlulô, hêmixenlulô và lignin. Các phân tử xenlulô và hêmixenlulô có khả năng tạo thành liên kết hyđrô với các phân tử khác kề sát với nó. Chính các liên kết hyđrô giữa các sợi gỗ tạo nên các liên kết bên trong của giấy thành phẩm. Các liên kết giữa các sợi gỗ càng chặt chẽ thì độ bền của giấy càng tăng.
Vách tế bào sơ cấp của sợi có khả năng thấm nƣớc nhƣng không có tính trƣơng nên ngăn cản sự trƣơng nở của sợi để tạo ra các liên kết hyđrô giữa các sợi. Việc bóc vách tế bào sơ cấp (P) và lớp ngoài của vách thứ cấp (S1) làm cho vách thứ cấp hấp thụ nƣớc đƣợc dễ dàng hơn. Việc làm lỏng lẻo các cấu trúc nội vi làm cho sợi mềm mại, đàn hồi tốt hơn. Quá trình này gọi là sự chổi hoá nội vi (internal fibrillation) và đƣợc xem là yếu tố gây ảnh hƣởng quan trọng nhất trong quá trình nghiền. Tiếp theo là sự chổi hoá ngoại vi (external fibrillation), liên quan đến việc làm lỏng lẻo các sợi nhỏ và làm tăng những sợi nhỏ, mịn hơn trên bề mặt sợi. Kết quả của sự chổi hoá ngoại vi là làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc của bề mặt sợi sau khi nghiền. Khi sợi trở nên đàn hồi hơn, các vách tế bào, xẹp xuống, tiến gần đến lớp lõi và nhƣ vậy sợi nhƣ đƣợc dát mỏng ra, có dạng dây dài với tính thích ứng cao. Sự cắt ngắn sợi đƣợc xem là tác động phụ không mong muốn vì nó làm giảm độ thoát nƣớc trên lƣới xeo và độ bền của giấy.
Nghiền đĩa là thiết bị quan trọng đƣợc sử dụng để tách bỏ vách tế bào sơ cấp (P) và lớp ngoài của vách tế bào thứ cấp (S1) để làm tăng khả năng liên kết giữa các sợi gỗ [3]. Trong quá trình nghiền, sợi gỗ bị cắt ngắn, phân tơ chổi hóa bên trong và bên ngoài, làm thay đổi hình thái học và cấu trúc sợi (Hình 1.21) để tạo ra các tính chất cần thiết cho giấy thành phẩm [23], [45].
Sự liên kết giữa các sợi tăng khi cấu trúc sợi đƣợc chải rộng. Sự chổi hoá sợi là yếu tố cơ bản để làm tăng sự đan kết giữa các sợi và do đó là yếu tố quyết định để tăng độ bền của giấy. Sự thay đổi hình dạng của sợi bột giấy sau khi nghiền đƣợc minh họa trên hình 1.22 [46].
Hình 1.22. Xơ sợi bột giấy trước và sau khi nghiền [46] a) Trước khi nghiền b) Sau khi nghiền
Nhận xét: Nhờ quá trình nghiền , lớp vỏ ngoài của xơ sợi bị bóc ra, xơ sợi bị trƣơng nở bởi sự hyđrát hóa, bị cắt ngắn, bị chổi hóa cả bên trong và bên ngoài. Điều này làm tăng độ dẻo dai, mềm mại của xơ sợi; làm tăng độ đồng đều về kích thƣớc chiều dài, chiều rộng, giúp cho quá trình tạo hình tờ giấy đƣợc đồng đều, tạo điều kiện đan kết giữa các xơ sợi với nhau một cách chặt chẽ.