KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3 1 Thành phần hóa – lý củ a nguyên li ệ u Tràm và Keo la
3.2.1. Xác lập quy trình sản xuất bột P-RC-APMP cho gỗ Tràm.
3.2.1.1 Ảnh hưởng của độ tuổi nguyên liệu Tràm tới chất lượng bột P-RC-APMP
Độ tuổi của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bột giấy thu nhận bột giấy trong quá trình sản xuất bột. Nếu nguyên liệu khai thác sớm, tỷ trọng gỗ thấp, chất lượng xơ sợi thấp nên bột thu được có chất lượng thấp (xơ sợi bột cơ ngắn, bột hóa có độ nhớt thấp), hiệu suất bột thấp...Nếu gỗ khai thác muộn hàm lượng lignin cao dẫn tới tiêu hao hóa chất nấu lớn trong nấu bột hóa, tăng năng lượng nghiền đối với bột cơ học, chất lượng bột giảm do tỷ lệ xơ sợi vụn tăng. Bên cạnh ảnh hưởng về chất lượng bột thì độ tuổi khai thác cũng ảnh hưởng khá lớn tới hiệu quả kinh tế trồng rừng. Nếu khai thác quá sớm thì năng suất thấp, khái thác quá muộn thì chu kỳ trồng rừng tăng lên. Do vậy cần phải lựa chọn hài hòa giữa lợi ích của người trồng rừng và nhà máy sản xuất bột giấy và giấy.
56 Như vậy việc nghiên cứu lựa chọn độ tuổi khai thác phù hợp đối với mỗi loại nguyên liệu là rất cần thiết.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của độ tuổi nguyên liệu Tràm tới chất lượng bột P- RC-APMP, một quy trình với các điều kiện tiến hành đã được lựa chọn trên cơ sơ các tài liệu tham khảo và các thí nghiệm khảo sát. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của độ tuổi khai thác được đưa ra trong bảng 3.5
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của độ tuổi khai thác Tràm tới tính chất bột P-RC-APMP
Loài cây Độ trắng, %ISO Chỉ số bền xé, mN.m2/g Chiều dài đứt, m Chỉ số bục, kPa.m2/g 5 tuổi 82,1 2,56 3240 0,92 7 tuổi 80,1 2,40 3160 1,28 Tràm cừ 9 tuổi 80,0 2,36 3040 0,78 5 tuổi 80,4 2,53 2970 0,87 7 tuổi 79,9 2,30 2760 0,99 Tràm Úc 9 tuổi 80,3 2,35 2750 0,98 Aspen Nhập khẩu 78,2 6,28 4320 1,98
Ghi chú: Thí nghiệm được tiến hành theo các bước và các điều kiện nếu trong mục2.2.3, đối với giai
đoạn thẩm thấu 2 mức dùng NaOH là 3,5% ; mức dùng H2O2 5,1% (tẩy trắng 3,4%); thời gian thẩm thấu 30 phút, độ nghiền bột khi xeo mẫu 50 ±2 0SR.
Từ các kết quả thì nghiệm đưa trong bảng 3.5 cho thấy với tổng mức dùng (thẩm thấu và tẩy trắng) 8,5% H2O2 và 5% NaOH thì độ trắng của các mẫu bột Tràm thu được rất cao, đều đạt trên 80%ISO và tương đương với bột hóa nhiệt cơ sản xuất từ gỗ Aspen nhập khẩu. Tuy nhiên tính chất cơ lý của các mẫu bột thu được thấp hơn nhiều so với mẫu bột nhập khẩu. Chiều dài đứt chỉ đạt khoảng 70%, chỉ sốđộ bền xé đạt khoảng 40%, chỉ số bục đạt khoảng 60% so với bột nhập khẩu.
Chất lượng bột giấy thu nhận từ hai loại gỗ Tràm cho thấy, mẫu bột Tràm cừ có chất lượng nhỉnh hơn so với bột thu từ gỗ Tràm úc tại cùng một độ tuổi. Khi tăng độ tuổi khai thác từ 5 tuổi lên 9 tuổi thì các tính chất cơ lý của bột có xu hướng giảm. Điều này có thể giải thích như sau: khi độ tuổi tăng thì tỷ trọng (độ chặt của gỗ) tăng lên, hàm lượng lignin tăng (từ 26% lên 30%) làm cho các dăm mảnh gỗ có xu hướng
57 “dòn” hơn nên quá trình thẩm thấu bị hạn và quá trình nghiền xơ sợi bị gẫy, vụn nhiều hơn, tỷ lệ xơ sợi giảm nên dẫn đến tính chất cơ lý của bột sẽ bị giảm.
Với các kết quả này một lần nữa khẳng định không nên để tuổi khai thác của cả hai loại Tràm trên dùng cho nguyên liệu sản xuất bột giấy cơ học trên 9 tuổi.
Hiện nay Tràm úc vẫn đang trong giai đoạn khảo nghiệm, chọn giống chưa đưa vào trồng đại trà nên các nghiên cứu tiếp theo chủ yếu tấp trung vào giống Tràm cừ bản địa đang được trồng phổ biến ở khu vực Đông Nam bộ. Vừa đảm bảo chất lượng bột và năng suất rừng trồng tuổi khai thác nên ở độ tuổi 7 năm. Nguyên liệu dùng cho các nghiên cứu tiếp theo dùng mẫu Tràm cừ 7 tuổi.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của mức dùng kiềm và thời gian thấu giai đoạn 2 tới chất lượng
bột P-RC-APMP từ nguyên liệu Tràm
Từ thì các kết quả thí nghiệm ở bảng 3.5 cho thấy độ trắng của các mẫu bột đều đạt trên 80%ISO với mức dùng 8,5% H2O2, với độ trắng này đã vượt mục tiêu của đề tài, song các tính chất cơ lý của bột giấy còn thấp nên các nghiên cứu tập trung vào nâng cao độ bền cơ lý của bột.
Ngoài chế độ nghiền thì hai hóa chất quan trọng nhất và ảnh hưởng tới chất lượng bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng là H2O2 và NaOH. Hydro peroxyt thì quyết định tới độ trắng của bột còn NaOH lại quyết định tới tính chất cơ lý của bột. Do vậy các thí nghiệm sẽ tập chung vào nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng NaOH trong giai đoạn thẩm thấu 2 tới chất lượng bột P-RC-APMP từ gỗ Tràm cừ 7 tuổi.
Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu và mức dùng kiềm trong giai đoạn thẩm thấu 2 được đưa trong bảng 3.6.
58
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian và mức dùng NaOH trong giai đoạn thẩm thấu 2 tới tính chất cơ lý của bột. Tính chất cơ lý Mức dùng NaOH, % Thời gian thẩm thấu, phút Độ trắng, %ISO Chiều dài đứt, m Chỉ số bục, kPa.m2/g Chỉ sốđộ bền xé, mN.m2/g 20 80,3 2080 1,70 0,8 2,25 30 80,5 2190 1,60 0,7 2,75 30 80,8 2640 1,80 2,0 20 79,8 2720 0,90 2,8 30 80,1 3160 1,28 2,4 3,50 40 80,5 3270 1,34 2,2 20 80,0 3290 1,78 2,7 4,50 30 79,2 3460 2,01 2,5 5,50 30 77,2 3510 2,10 2,7
Ghi chú: Giai đoạn thẩm thấu 2: 5,1% H2O2 các điều kiện khác giữ nguyên. Độ nghiền bột khi xeo mẫu 50 ±2 0SR.
Từ các kết quả đưa trong bảng 3.6 cho thấy, các kết quả về cơ lý của các mẫu bột tương đối thấp, với mức dùng 2,22 – 2,75% (mức dùng thường áp dụng cho gỗ keo, bạch đàn) chiều dài đứt chỉ đạt 2000 – 2600m, chỉ số bền kéo đạt 2,0mN.m2/g, chỉ số bục đạt khoảng 1,7 – 1,8kPa.m2/g. Khi tăng mức dùng NaOH trong giai đoạn thẩm thấu 2 từ 2,25% lên 5,50% thì nhìn chung độ bền cơ lý của các mẫu bột tăng dần và rõ nhất là chiều dài đứt đạt 3510m, chỉ sốđộ bền xé đạt 2,7mN.m2/g, chỉ số bục đạt 2,1kPa.m2/g. Như vậy có thể thấy mặc dù đã tăng mức dùng kiềm lên rất cao song chất lượng bột vẫn đạt ở mức thấp. Điều này cho thấy chủng loại, cấu tạo gỗ của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bột giấy thu được.
Bên cạnh ảnh hưởng của mức dùng kiềm thì thời gian thẩm thấu cũng ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng bột, đặc biệt là đối với nguyên liệu Tràm cừ này có cấu tạo gỗ khá chặt, thớ xoắn, các tế bào liên kết rất chặt chẽ nên khả năng thẩm thấu của hóa chất vào trong dăm mảnh sẽ gặp nhiều khó khăn. Khi tăng thời gian thẩm thấu từ 20 lên 40 phút thì nhìn chung chiều dài đứt là thay đổi rõ nhất: tăng dần khi tăng thời gian thẩm thấu. Tuy nhiên khi tăng thời gian thẩm thấu từ 30 phút lên 40 phút thì chỉ số tăng thêm không nhiều, như đối với mức dùng 3,5% NaOH thì khi tăng thời gian
59 thẩm thấu từ 20 phút lên 30 phút thì chiều dài đứt tăng từ 2720m lên 3160m, nhưng khi tăng lên 40 phút cũng chỉđạt 3270m. Các chỉ số vềđộ chịu bục, chỉ sốđộ bền xé thay đổi không nhiều.
Mặc dù độ bền cơ lý của bột không cao song hầu hết các mẫu bột giấy thu được có độ trắng khá cao. Với các mức dùng từ 2,25 – 4,50%, tại các thời gian thẩm thấu độ trắng của bột thu được đều đạtgần 80%ISO, duy chỉ khi tăng mức dùng lên 5,5% NaOH thì độ trắng của bột giẩm xuống còn 77%ISO.
Với các kết quả trên cho thấy trong hai phản ứng, tẩy trắng, trích lý và làm trương nở dăm mảnh dưới tác dụng của NaOH thì phản ứng tẩy trắng xẩy ra nhanh, triệt để hơn. Chất lượng bột P-RC-APMP thu được từ nguyên liệu gỗ Tràm cừ nhìn chung là thấp điều. Trong các chỉ tiêu đặt ra, hầu hệt đều đạt duy chỉ có chỉ số xé của bột là không đạt (đạt khoảng 50% yêu cầu), điều này chủ yếu là do cấu tạo đặc biệt của gỗ Tràm cừ: thớ gỗ xoắn, tỷ trọng cao, xơ sợi khá cứng, hàm lượng lignin cao, chiều dài xơ sợi ngắn… Để hài hòa về chi phí kinh tế, chất lượng bột các điều kiện thẩm thấu của mẫu Tràm cừ này nên chọn: mức dùng kiềm 4,5% NaOH và thời gian thẩm thấu là 30 phút. Với chất lượng này thì tỷ lệ bột P-RC-APMP phối trộn vào trong quá trình sản xuất giấy in, giấy viết sẽ rất thấp nên quá trình sản xuất bột P-RC- APMP nên phối trộn nguyên liệu gỗ Tràm cừ với một loại nguyên liệu gỗ cứng khác cho chất lượng bột tốt hơn.
3.2.1.3. Ảnh hưởng của mức dùng H2O2 trong giai đoạn thẩm thấu 2 tới chất lượng
bột P-RC-APMP từ nguyên liệu Tràm
Từ các thí nghiệm ở mục 3.2.2 cho thấy với hầu hết các mức dùng NaOH và múc dùng H2O2 là 8,5%, độ trắng của các mẫu bột đều đạt độ trắng là trên 80%ISO. Với mục tiêu của đề tài là độ trắng đạt > 76%ISO, chiều dài đứt > 3400m, chỉ sốđộ bền xé > 4,0 mN.m2/g và chỉ số bục đạt 1,5 – 2,0 kPa.m2/g, để có thể giảm chi phí tối cho sản xuất, đặc biệt là tác nhân tẩy H2O2 và có thể tăng cường quá trình thẩm thấu (trích lý, làm trương nở dăm mảnh, “mềm hóa” dăm mảnh), một số thí nghiệm với các mức dùng H2O2 khác nhau đã được tiến hành. Kết quả thí nghiệm được đưa ra trong bảng 3.7
60
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của mức dùng H2O2 trong giai đoạn thẩm thấu 2 tới tính chất
cơ lý của bột.
Tổng mức Tính chất cơ lý
dùng H2O2,
%
Mức dùng H2O2
cho giai đoạn
thẩm thấu 2, %
Độ trắng,
%ISO
Chiều dài
đứt, m
Chỉ số bục,
kPa.m2/g
Chỉ sốđộ bền
xé, mN.m2/g
8,5 5,1 79,2 3460 2,01 2,5
8,0 4,8 79,0 3480 1,98 2,4
7,5 4,5 78,5 3470 2,02 2,3
7,0 4,2 77,0 3485 2,05 2,3
Ghi chú: Giai đoạn thẩm thấu 2: 4,5%NaOH, thời gian thẩm thấu 30 phút, Mức dùng H2O2 60% tổng mức dùng H2O2 cho thẩm thấu và tẩy trắng, các điều kiện khác giữ nguyên. Độ nghiền bột khi xeo mẫu 50 ±2 0SR.
Từ các kết quả đưa trong bảng 3.7 cho thấy, với mức dùng NaOH 4,5% và thời gian thẩm thẩm thấu là 30 phút trong giai đoạn thẩm thấu 2 cho thấy, khi giảm tổng mức dùng H2O2 từ 8,5% xuống 7,0% thì độ trắng của bột giảm xuống khá nhiều từ 79,5%ISO xuống còn 77%ISO trong khi các giá trị về tính chất cơ lý của bột gần như không thay đổi. Điều này cho thấy mức dùng H2O2 không có ảnh hưởng nhiều tới tính chất cơ lý của bột giấy cơ học.
Từ kết quả trên, để đảm bảo độ trắng của sản phẩm bột giấy tương đối cao cho phép chọn tổng mức dùng H2O2 là 7,5% (giai đoạn thẩm thấu là 4,5%).
Quy trình công nghệ sản xuất bột P-RC-APMP từ Tràm cừ Nam bộ
Với các kết quả nghiên cứu trên để đáp ứng được yêu cầu của đề tài đặt ra, chọn các điều kiện công nghệ cho quy trình sản xuất bột P-RC-APMP cho nguyên liệu Tràm cừ Nam bộ như sau :
1. Xông hơi dăm mảnh:
Hơi có nhiệt độ 1500C, 3at;
Thời gian xông hơi được tính kể từ khi hết nước ngưng: 15 phút.
2. Nghiền sơ bộ:
Mảnh sau khi được xông hơi được rửa sạch bằng nước nóng và được chuyển tới máy nghiền bột cơ học chuyên dụng
61 3. Thẩm thấu hóa chất: Tiến hành thẩm thấu 2 giai đoạn. * Giai đoạn 1: + ETDA: 0,4% so với nguyên liệu KTĐ + Nồng độ : 10% + Nhiệt độ: 600C + Thời gian: 60 phút
Kết thúc dăm mảnh được tách nước chuẩn bị cho giai đoạn 2 * Giai đoạn 2:
Dịch thẩm thấu được chuẩn bị gồm NaOH, H2O2, Na2SiO3, DTPA, MgSO4. Lượng dịch thẩm thấu này được chia là hai phần:
+ Phần thứ nhất: chiếm 2/3 sẽ thẩm thấu với mảnh trước khi đem vào nghiền + Phần thứ 2: chiếm 1/3 sẽ nạp vào buồng máy nghiền sơ cấp
+ Mức dùng NaOH: 4,5% + Mức dùng H2O2: 4,5% + Na2SiO3: 3% + ETDA: 0,5% + MgSO4: 0,05% + Nhiệt độ thẩm thấu: 850C + Thời gian thẩm thấu: 30 phút. + Nồng độ thẩm thấu: 15% 4. Nghiền bột:
- Bột sau khi thẩm thấu xong sẽđược tách bỏ hết dịch và nghiền sơ cấp và thứ cấp trong máy nghiền bột cơ học chuyên dụng
- Nồng độ nghiền: sơ cấp 35 - 50%; thứ cấp 15 – 20% - Bột sau nghiền đạt độ nghiền: 17 – 190SR.
- Bột sau nghiền bảo ôn ở nhiệt độ 850C trong 60 phút
- Kết thúc thời gian bảo ôn, bột được pha loãng tới nồng độ 5% trước khi vào công đoạn rửa bột.
62 - Rửa bột và sàng chọn nhằm loại bỏ hết các mảnh sợi thô còn sót lại.
- Bột tốt được cô đặc tới nồng độ 25 -30% trước khi vào công đoạn tẩy trắng
5. Tẩy trắng bột a. Tẩy trắng bằng H2O2 a. Tẩy trắng bằng H2O2 Mức dùng hóa chất: + H2O2: 3,0% + NaOH: 1,5% + Natrisilicat: 3% +ETDA: 0,4% + MgSO4: 0,05% Điều kiện tẩy: + Nồng độ: 15 % + Thời gian tẩy: 180 phút + Nhiệt độ tẩy: 850C.
Kết thúc thời gian tẩy, bột được pha loãng và rửa sạch, cô đặc trước khi vào tẩy giai đoạn 2.
b. Tẩy trắng bằng đithionit:
Tất cả các mẫu thí nghiệm đều được tẩy theo quy trình: + Na2S2O4: 1% so với bột KTĐ
+ Nồng độ tẩy: 10% + Thời gian: 20 phút + Nhiệt độ : 600C
Bột sau tẩy rửa sạch và trung hòa bằng khí SO2 hoặc axit sunfuric. tới pH = 5 – 5,5.
Bột sạch sau rửa, tách hết nước được đưa vào hệ thống đánh tơi trước khi qua hệ thống sấy, ép kiện, bao gói thành bột thương phẩm.
63
