Nghiên cứu quá trình thủy phân axít hexenuronic trong bột giấy và ứng dụng của nó trong quá trình tẩy trắng bột giấy sunphát bằng phương pháp ECF

BỘ CÔNG THƯƠNG




BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

Nghiên cứu quá trình thủy phân axit hexenuronic trong
bột giấy và ứng dụng của nó trong quá trình tẩy trắng
bột giấy sunphát bằng phương pháp ECF


Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Cao đẳng nghề
Công nghệ Giấy và Cơ điện

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Ngô Tiến Luân
Khoa Công nghệ Giấy





8242
Phú Thọ, năm 2010
1

MỤC LỤC
Chương Nội dung Trang
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG 7
ĐẶT VẤN ĐỀ 8
I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 10
1.1 Khái quát về thành phần hóa học của gỗ 10
1.1.1 Cấu tạo chung của hemicelluloses trong gỗ 11
1.1.2 Cấu trúc của xylan trong gỗ 13
1.2
Sự hình thành và biến đổi axit hexenuronic trong quá trình sản
xuất bột giấy
14
1.2.1 Sự hình thành axit hexenuronic trong quá trình nấu bột 14
1.2.2 Sự biến đổi của HexA trong quá trình nấu bột 17
1.2.3
Tách loại HexA trong giai đoạn tách loại lignin bằng oxy và
trong quá trình tẩy trắng
18
1.2.4
Thủy phân HexA bằng axit H
2
SO
4

19
1.3 Ảnh hưởng của HexA tới tính chất của bột giấy và giấy 21
1.3.1 Ảnh hưởng của HexA tới trị số Kappa của bột giấy 21
1.3.2
Ảnh hưởng của HexA tới các tính chất khác của bột giấy và
giấy
22

1.3.2.1 Ảnh hưởng tới sự hồi màu 22
1.3.2.2 Ảnh hưởng tới độ bền của giấy 23
1.4 Ảnh hưởng của HexA tới quá trình tẩy trắng 23
1.5 Tìm hiểu thực trạng của ngành giấy Việt Nam 25
1.5.1 Phân bố theo vùng địa lý 25
1.5.2 Quy mô, trình độ công nghệ và thiết bị sản xuất 26
1.5.3 Tình hình sản xuất và tiêu dùng bột giấy 26
2

1.5.4 Sức cạnh tranh của ngành giấy Việt Nam 27
1.5.5 Định hướng phát triển ngành công nghiệp giấy Việt Nam 27
1.5.6 Giải pháp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững 28
II
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
30
2.1 Nguyên vật liệu 30
2.1.1 Bột giấy 30
2.1.2 Hóa chất, vật tư, dụng cụ, thiết bị 31
2.2 Phương pháp tiến hành thực nghiệm 32
2.2.1 Thủy phân axit hexenuronic trong bột giấy 32
2.2.2 Tẩy trắng bột giấy 34
2.2.3 Chuẩn bị mẫu bột giấy cho xác định tính chất cơ lý 35
2.2.4
Phương pháp xác định tính chất bột giấy
35
III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1
Nghiên cứu quá trình tách loại HexA từ bột giấy sunphát bằng
phương pháp thủy phân

36
3.1.1 Ảnh hưởng của mức dùng H
2
SO
4
36
3.1.1.1 Tới mức độ tách loại HexA 36
3.1.1.2 Tới trị số Kappa 37
3.1.1.3 Tới độ trắng 37
3.1.1.4 Tới độ nhớt 38
3.1.1.5 Tới hiệu suất bột 39
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 39
3.1.2.1 Tới mức độ tách loại HexA 39
3.1.2.2 Tới trị số Kappa 40
3.1.2.3 Tới độ trắng 41
3.1.2.4 Tới độ nhớt 42
3.1.2.5 Tới hiệu suất bột 42
3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 43
3.1.3.1 Tới sự tách loại HexA 43
3

3.1.3.2 Tới trị số Kappa 44
3.1.3.3 Tới độ trắng 46
3.1.3.4 Tới độ nhớt 47
3.1.3.5 Tới hiệu suất bột 48
3.2
Ảnh hưởng của HexA trong bột giấy đến quá trình tẩy trắng
bột giấy
49
3.2.1 Ảnh hưởng của HexA đến mức dùng hóa chất tẩy trắng 49

3.2.2 Ảnh hưởng của HexA tới tàn hóa chất 50
3.3
Ảnh hưởng của HexA trong bột giấy đến tính chất của bột và
giấy sau tẩy trắng

3.3.1 Độ nhớt của bột 53
3.3.2 Tính chất của giấy 54
3.3.2.1 Độ bền kéo 54
3.3.2.2 Độ bền xé 55
3.3.2.3 Độ chịu bục 56
3.4
Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế và môi trường
59
3.4.1 Hiệu quả kinh tế 59
3.4.2 Tác động môi trường 60
IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
PHỤ LỤC 68

4

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ
Tên Chú thích
A Acid stage
Giai đoạn axit hóa
AOX
Absorbable organic halides
Hàm lượng halôgen hữu cơ hấp thụ được
Bột Kraft Bột nấu theo phương pháp sunphát
C Giai đoạn tẩy trắng bằng clo nguyên tố

D
0
Tẩy trắng giai đoạn 1 bằng ClO
2
D
1
Tẩy trắng giai đoạn 2 bằng ClO
2

D
HT
Tẩy ClO
2
ở nhiệt độ cao
ECF
Element Chlorine Free
Tẩy trắng không có clo nguyên tố
EOP Giai đoạn trích ly kiềm có bổ sung O
2
và H
2
O
2

EP Extraction with peroxide stage
Giai đoạn trích ly kiềm có sử dụng H
2
O
2
H Giai đoạn tẩy trắng bằng Hypoclorit

HexA Hexenuronic Acid
Axit Hexenuronic
ISO
International Standardization Organization
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
KG Khô gió
KTĐ Khô tuyệt đối
PA Purity Analysis
Hóa chất phân tích
PFI Máy nghiền bột PFI
TCF Total Chlorine Free
Tẩy trắng hoàn toàn không có clo
Trị số Kappa Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng lignin còn lại trong bột sau nấu
5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

STT Nội dung Trang
Hình 1.1
Cấu trúc hóa học của hemicelluloses trong gỗ mềm
12
Hình 1.2
Cấu trúc hóa học của glucomannan và xylan gỗ cứng
12
Hình 1.3
Sự tồn tại của hemicelluloses ở giữa lignin và cellulose
13
Hình 1.4
Cấu trúc hóa học của mạch phần tử xylan
13

Hình 1.5
Cấu trúc của xylan
14
Hình 1.6
Sự hình thành HexA
15
Hình 1.7 Các nhóm chức của HexA trong phần tử xylan 15
Hình 1.8
Sự thay đổi hàm lượng HexA trong quá trình nấu bột
16
Hình 1.9
Sự cắt đứt nhóm HexA ra khỏi mạch xylan
17
Hình 1.10
Cơ chế tách loại HexA ra khỏi mạch xylan
20
Hình 1.11
Hàm lượng HexA trong bột gỗ mềm và bột gỗ cứng
22
Hình 1.12
Ảnh hưởng của HexA tới sự hồi màu của giấy
23
Hình 1.13
Sự tách loại axit HexA sau các quá trình tẩy trắng
24
Hình 1.14
Sản phẩm của phản ứng giữa HexA và chlorine dioxide
25
Hình 3.1
Ảnh hưởng của mức dùng H

2
SO
4
tới hàm lượng HexA của
bột sau thủy phân và tẩy trắng
36
Hình 3.2
Ảnh hưởng của mức dùng H
2
SO
4
tới trị số Kappa
37
Hình 3.3
Ảnh hưởng của mức dùng H
2
SO
4
tới độ trắng của bột sau
thủy phân
38
Hình 3.4
Ảnh hưởng của mức dùng H
2
SO
4
tới độ nhớt
38
Hình 3.5
Ảnh hưởng của mức dùng H

2
SO
4
tới hiệu suất
39
Hình 3.6
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới hàm lượng HexA
của bột sau thủy phân và tẩy trắng
40
Hình 3.7
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới trị số Kappa của bột
41
Hình 3.8
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ trắng của bột sau thủy phân
41
Hình 3.9
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới độ nhớt của bột sau
thủy phân
42
Hình 3.10
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới hiệu suất
43
Hình 3.11
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới HexA trong bột sau
44
6

quá trình thủy phân và tẩy trắng
Hình 3.12
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới trị số Kappa sau

thủy phân
45
Hình 3.13
Sự phân bố HexA Kappa trong trị số Kappa của bột
46
Hình 3.14
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới độ trắng của bột
47
Hình 3.15
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới độ nhớt của bột sau
thủy phân
47
Hình 3.16
Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất
48
Hình 3.17
Ảnh hưởng của HexA trong bột tới độ trắng của bột sau tẩy
50
Hình 3.18
Ảnh hưởng của HexA tới tàn clo ở giai đoạn D
0

51
Hình 3.19
Ảnh hưởng của HexA tới tàn H
2
O
2

51

Hình 3.20
Ảnh hưởng của HexA tới tàn ClO
2
ở giai đoạn D
1

52
Hình 3.21
Ảnh hưởng của HexA tới độ nhớt của bột
53
Hình 3.22
Ảnh hưởng của HexA của bột sau tẩy tới chỉ số kéo
55
Hình 3.23
Ảnh hưởng của HexA của bột sau tẩy tới chỉ số xé
56
Hình 3.24
Ảnh hưởng của HexA của bột sau tẩy tới chỉ số chịu bục
56

7

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG
Tên Nội dung Trang
Bảng 1.1
Thành phần hóa học của các loài gỗ khác nhau
11
Bảng 1.2
Hàm lượng HexA trong các loại bột gỗ cứng khác nhau
16

Bảng 1.3
Kết quả tẩy trắng mẫu bột có giai đoạn thủy phân bằng axit
20
Bảng 2.1 Tính chất của bột sunphát gỗ cứng chưa tẩy trắng
30
Bảng 2.2
Hoá chất sử dụng cho nghiên cứu
31
Bảng 2.3
Các thiết bị, dụng cụ phục vụ cho nghiên cứu
31
Bảng 2.4
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân
33
Bảng 2.5
Ảnh hưởng của mức dùng hóa chất thủy phân
33
Bảng 2.6
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân
33
Bảng 2.7
Quy trình tẩy trắng bột giấy
34
Bảng 2.8
Các tiêu chuẩn xác định tính chất của bột và giấy
35
Bảng 3.1
Kết quả thủy phân ở điều kiện lựa chọn
49
Bảng 3.2

Tính chất của bột chưa thủy phân và có thuỷ phân so sánh
với bột tẩy trắng của Nhà máy Giấy Bãi Bằng - Tổng công
ty Giấy Việt Nam
58
Bảng 3.3
Hiệu suất của bột qua các giai đoạn so sánh với bột tẩy tại
Nhà máy Giấy Bãi Bằng - Tổng công ty Giấy Việt Nam
59
Bảng 3.4
Tiêu hao hóa chất tẩy trắng
60
8

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ nhằm nâng
cao tính cạnh tranh và làm cho quá trình sản xuất bột giấy ngày càng thân thiện
môi trường hơn luôn là một trong những định hướng được ưu tiên hàng đầu của
hóa học và công nghệ sản xuất bột giấy.
Trên thế giới, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của sự hình thành axit
hexenuronic trong quá trình nấu bột giấy sunphát tới quá trình tẩy trắng được
xem là một trong những vấn đề b
ức thiết với hàng loạt nghiên cứu đối với các
dạng nguyên liệu khác nhau, nhờ đó mà nhiều cải tiến công nghệ quá trình nấu
đã được áp dụng nhằm giảm tiêu hao chất tẩy, nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm
ảnh hưởng đến môi trường của công đoạn tẩy trắng.
Ngoài việc tối ưu hóa quá trình nấu nhằm thu được bột sunphát chưa tẩy
trắng có hàm lượng axit hexenuronic thấp nhất, các s
ơ đồ tẩy trắng có công đoạn
tiền axit hóa được xem là những cải tiến kỹ thuật hiệu quả của quá trình tẩy
trắng, đặc biệt là đối với bột sunphát gỗ cứng.

Ở nước ta, nhà máy sản xuất bột giấy sunphát tẩy trắng duy nhất là nhà
máy giấy Bãi Bằng (Tổng công ty Giấy Việt Nam) vẫn áp dụng công nghệ tẩy
trắng truyền thống bằng clo nguyên tố. Mặ
c dù từ năm 2003 quy trình tẩy trắng
CEHH đã được cải tạo thành C(EOP)H và có thêm công đoạn tách loại lignin
bằng ôxy trước tẩy trắng nên tiêu hao hóa chất tẩy đã được giảm một phần, tuy
nhiên vẫn ở mức cao vì vậy vẫn bị đánh giá là có mức ảnh hưởng tới môi trường
rất lớn.
Để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường các dự
án sản xu
ất bột sunphát tẩy trắng đang được triển khai sẽ áp dụng công nghệ tẩy
trắng ECF sử dụng tác nhân tẩy là dioxit clo. Vì vậy việc nghiên cứu cơ chế, quá
trình và các giải pháp giảm tiêu hao hóa chất tẩy đối với công nghệ mới này là
vấn đề cần được chú ý. Tuy nhiên số lượng các nghiên cứu về HexA còn rất ít,
các nghiên cứu này chỉ tập trung vào ảnh hưởng của quá trình nấu bột và chưa
có đề tài nào nghiên cứu
ảnh hưởng của điều kiện thủy phân tới HexA trong bột
sau nấu [1,2].
Để cải tiến các quy trình công nghệ nấu và tẩy trắng bột sunphat nhóm
nghiên cứu trường Cao đẳng nghề Công nghệ Giấy và Cơ điện đã đăng ký và
tiến hành thực hiện để tài “Nghiên cứu quá trình thủy phân axit hexenuronic
trong bột giấy và ứng dụng của nó trong quá trình tẩy trắng bột giấy sunphát
bằng phương pháp ECF”.
Mục tiêu của đề tài là xác lập mối quan hệ giữa các
9

điều kiện thủy phân axit hexenuronic trong bột sunphát gỗ cứng bằng axit với
chất lượng bột sau thủy phân và xác định được được ảnh hưởng của quá trình
thuỷ phân axit hexenuronic trong bột giấy đối với chất lượng sản phẩm giấy sau
tẩy trắng và tiêu hao hoá chất tẩy trắng. Từ đó lựa chọn quy trình thuỷ phân và

quy trình tẩy trắng phù hợp cho bột đạt độ trắng ≥ 82%ISO sử
dụng cho sản xuất
giấy in, viết, copy.
Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, tạo tiền đề cho
các nghiên cứu cải tiến các quy trình công nghệ nấu và tẩy trắng bột sunphat từ
nguồn nguyên liệu trong nước, nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm tiêu hao hóa
chất, giảm ảnh hưởng môi trường, là tài liệu tham khảo tốt trong lĩnh vực hóa
học và công nghệ sản xuất bột giấy. Ngoài ra, v
ới sự tham gia tích cực của đông
đảo cán bộ giảng dạy và nghiên cứu của Nhà trường (Cơ quan chủ trì đề tài),
việc thực hiện thành công đề tài sẽ góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn,
năng lực nghiên cứu cho cán bộ và sinh viên, mở rộng hợp tác nghiên cứu khoa
học công nghệ với các cơ quan, đơn vị đào tạo và nghiên cứu khác, tạo điều kiện
thuận lợi cho phát triển định hướ
ng nghiên cứu khoa học và chuyển giao công
nghệ của Nhà trường.
Cơ quan chủ trì đề tài và nhóm nghiên cứu xin chân thành cám ơn các cơ
quan chức năng của Bộ Công Thương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho việc
triển khai thực hiện đề tài, chân thành cám ơn Tổng công ty giấy Việt Nam,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Công nghịêp Giấy và Xenluylô và các
cơ quan khác đã giúp đỡ và hợp tác góp phần thực hi
ện thành công đề tài.

10

I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Khái quát về thành phần hóa học của gỗ
Đã có nhiều công trình trong và ngoài nước nghiên cứu các thành phần hóa
học của các loài cây thực vật. Thành phần các chất hóa học có mặt trong cây
thực vật phân bố khác nhau giữa các loài cây, các vùng địa lý, vùng khí hậu và

thời gian sinh trưởng.
Thành phần hóa học trong thực vật khác nhau sẽ ảnh hưởng rất lớn tới quá
trình sản xuất bột giấy, quá trình sản xuất giấy và đặc biệt là các tính chất củ
a
giấy thành phẩm. Do vậy, tùy thuộc vào từng chủng loại giấy, tùy thuộc vào quy
trình công nghệ sản xuất bột và sản xuất giấy sẵn có, tùy thuộc vào đặc tính của
cây thì việc lựa chọn loại nguyên liệu cho phù hợp sản xuất bột giấy và sản xuất
giấy là yếu tố rất cần thiết. Trong đó, họ gỗ sẽ là lựa chọn tối ưu cho quá trình
sản xuấ
t bột giấy và sản xuất giấy vì chúng đáp ứng được các yêu cầu của công
nghệ như sự ổn định nguyên liệu, năng suất, quy trình công nghệ, chất lượng bột
và chất lượng của giấy. Ngày nay, phần lớn các nhà máy sản xuất bột giấy và
sản xuất giấy đều sử dụng nguồn nguyên liệu chủ yếu là từ các loại gỗ.
Họ gỗ phân bố trên th
ế giới có 2 loài chính: Họ gỗ mềm có khoảng 1.000
loài và họ gỗ cứng có khoảng 35.000 loài. Họ gỗ mềm phát triển chủ yếu ở các
nước ôn đới, chủng loại chủ yếu của gỗ mềm là họ nhà thông dạng quả trần, thân
thẳng, ít cành nhánh. Họ gỗ cứng sinh trưởng và phát triển chủ yếu ở các nước
nhiệt đới gió mùa, là loại hạt kín, thân cây có nhiều cành và nhánh.
Thành phần hóa học của g
ỗ rất đa dạng và phức tạp nhưng chủ yếu bao gồm
các nhóm polymer hữu cơ như celluloses, hemicelluloses, lignin và các chất vô
cơ khác. Các thành phần này sẽ hình thành nên một cấu trúc có tính định hướng
cho cây và các tính chất cơ học khác của cây. Celluloses là một nhóm
homopolysaccharides mạch thẳng có định hướng dài trong thớ sợi, độ trùng hợp
trung bình của celluloses trong gỗ khoảng từ 10.000 đến 15.000 đơn vị và chiếm
khoảng 40-45% khối lượng chất khô có mặt trong gỗ
.
Hemicelluloses có mặt trong cây thuộc nhóm heteropolymer, chúng chiếm
khoảng 20-30% khối lượng chất khô của cây và có độ trùng hợp khoảng từ 50-

300 đơn vị, hemicelluloses là một chất có đặc tính ưa nước nên đóng vai trò rất
quan trọng cho xơ sợi hút nước trong quá trình sản xuất giấy nhằm cải thiện
đáng kể độ bền cho giấy [3]. Thành phần hóa học của một số loài gỗ được thể
hiện ở Bảng 1.1.


11

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của các loài gỗ khác nhau
(Các giá trị được tính theo % khối lượng gỗ khô) [4]
Thành phần Loại gỗ

Cây vân sam
(Gỗ mềm)
Cây bạch đàn
(Gỗ cứng)
Cây gỗ bulo
(Gỗ cứng)
Celluloses 41,7 51,3 39,4
Glucomanan 16,3 1,4 1,4
Xylan 8,6 19,9 29,7
Nhóm carbohydrates khác 3,4 3,9 3,4
Lignin 27,4 21,9 21,4
Chất trích ly 1,7 1,3 2,6
1.1.1 Cấu tạo chung của hemicelluloses trong gỗ
Thành phần chính của hemicelluloses trong gỗ mềm là galactoglucomannans
(chiếm khoảng 20%) và arabinoglucuronoxylan (chiếm khoảng 5–10%).
Thành
phần galactoglucomannans thường là dạng mạch thẳng hoặc mạch nhánh được
tạo nên bởi các đơn vị mắt xích (1-4)-β-D-glucopyranose và β-D-

mannopyranose. Đơn vị α-D-galactopyranose liên kết với với mạch chính bằng
liên kết (1–6). Trong đó nhóm hydroxyl ở vị trí C
2
và C
3
trên mạch chính có thể
được thay thế bằng nhóm O-acetyl với tỷ lệ trung bình là 1 nhóm trên khoảng 3-
4 đơn vị hexose (là 1 cấu tử bao gồm β-D-glucopyranose và β-D-
mannopyranose). Thành phần Arabinoglucuronoxylan được hình thành bởi các
đơn vị xylopyranose liên kết ở vị trí (1-4)-β-D-xylopyranose và nhóm axit 4-O-
methyl-α-D-glucuronic thay thế ở vị trí C
2
với tỷ lệ 2 nhóm trên 10 đơn vị
xyloses (là 1 đơn vị β-D-xylopyranose). Trong mạch của
Arabinoglucuronoxylan còn có thêm nhóm α-L-arabinofuranose nằm ở mạch
nhánh [5]. Cấu trúc hóa học của nhóm hemicelluloses của gỗ mềm được thể hiện
ở Hình 1.1.





12

Hình1.1: Cấu trúc hóa học của hemicelluloses trong gỗ mềm [6]
Thành phần hemicelluloses tự nhiên trong gỗ có sự khác biệt rất lớn giữa
gỗ cứng và gỗ mềm. Thành phần chính của hemicelluloses trong gỗ cứng là
nhóm glucuronoxylan: O-acetyl (l-4)-O-methylglucurono-β-D-xylan. Nhóm
hemicelluloses của cây bạch đàn và gỗ bulo chứa thành phần chủ yếu là
glucuronoxylan (O-acetyl (l-4)-Omethylglucuronoxylan), thường được gọi là
xylan và một hàm lượng nhỏ thành phần glucomannan khác. Thành phần xylan
bao gồm các đơn vị mắt xích (1-4)-
β-D-xylopyranose, có mạch nhánh là nhóm
axit 4-O-methyl-α-D-glucuronic liên kết ở vị trí C
2
. Tỷ lệ của nhóm 4-O-methyl-
glucuronic/xylose khoảng từ 1:5 đối với gỗ mềm và 1:10 đối với gỗ cứng [7].
Hình 1.2 mô tả cấu tạo của nhóm hemicelluloses trong gỗ cứng.







Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của glucomannan và xylan gỗ cứng [6]

13

Hemicelluloses trong gỗ đóng vai trò rất lớn đối với sự phát triển của cây và
ảnh hưởng tới quá trình sản xuất giấy. Trong cấu trúc của thớ sợi gỗ,
hemicelluloses thường hiện diện ở giữa celluloses và lignin. Hình 1.3 mô tả vị
trí của hemicelluloses so với lignin và celluloses trong cấu trúc của thớ sợi.

Hình 1.3: Sự tồn tại của hemicelluloses ở giữa lignin và celluloses [8]
1.1.2 Cấu trúc của xylan trong gỗ
Xylan là một thành ph
ần quan trọng của hemicelluloses bao gồm một mạch
chính có các đơn vị β-D-xylopyranose liên kết với nhau ở vị trí C
1
, C
4
và các
đơn vị 4-O-methyl-glucuronic ở mạch nhánh liên kết ở vị trí C
2
. Phần tử xylan
có liên kết hóa trị với nhóm phenol của lignin và liên kết với nhóm
polysaccharides
thông qua các nhóm như nhóm pectin và nhóm glucan. Hình 1.4
mô tả cấu trúc của mạch phần tử xylan.






Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của mạch phần tử xylan
Trong tự nhiên, phần mạch nhánh của phần tử xylan thường là acetyl 4-O-
methyl-d-glucuronosyl và nhóm l-arabinofuranosyl để tạo thành một phần tử

phức tạp. Các liên kết giữa các đơn vị xylo của phần tử xylan dễ dàng bị thủy


14

phân bằng axit, trong khi đó các liên kết giữa phần mạch nhánh với mạch chính
rất khó bị loại bỏ. Xylan có mặt trong cả gỗ cứng và gỗ mềm và hàm lượng này
còn tùy thuộc vào từng loài cây [9]. Cấu trúc cơ bản của xylan bao gồm các đơn
vị Xylp và GlcpA, nhóm acetyl liên kết ở vị trí C
2
và C
3
. Các nhóm này dễ dàng
bị bẻ gãy bằng tác nhân kiềm, trong khi đó các liên kết ở các đơn vị xylo dễ
dàng bị thủy phân bằng tác nhân axit. Cấu trúc của nhóm xylan và glucomannan
trong gỗ cứng có dạng như ở Hình 1.5.




Hình 1.5: Cấu trúc của xylan [10]
Hemicelluloses trong gỗ cứng bao gồm 2 thành phần chính là
glucuronoxylan (xylan) và glucomannan, trong đó hàm lượng xylan chiếm
khoảng từ 13-30% [11].
1.2 Sự hình thành và biến đổi axit hexenuronic trong quá trình sản xuất
bột giấy
1.2.1 Sự hình thành axit hexenuronic trong quá trình nấu bột
Trong quá trình sản xuất bột hoá, xơ sợi celluloses được tách ra khỏi gỗ
bằng các tác nhân hoá học với các điều kiện nhất định để thu được sản phẩm b
ột

giấy phục vụ cho quá trình sản xuất giấy. Dưới tác dụng của các hoá chất và
nhiệt độ, các phần tử lignin sẽ bị hòa tan ra khỏi mảnh nguyên liệu để giải phóng
ra các xơ sợi celluloses nằm trong các bó thớ sợi gỗ. Quá trình phân tách xơ sợi
diễn ra chủ yếu ở giai đoạn nấu bột và giai đoạn tẩy trắng. Nấu bột bằng phương
pháp Kraft được sử d
ụng ở hầu hết các nhà máy sản xuất bột giấy hiện nay,
mảnh gỗ được nấu ở điều kiện nhiệt độ, thời gian và hóa chất bao gồm NaOH và
Na
2
S, hóa chất nấu sẽ thẩm thấu vào mảnh nguyên liệu, sau đó phản ứng với các
phần tử lignin có mặt trong gỗ để giải phóng ra các xơ sợi celluloses. Ngoài việc
loại bỏ thành phần lignin, hóa chất nấu sẽ phản ứng với các hợp chất khác và
bào mòn mạch celluloses, chính vì vậy sau quá trình nấu bột giấy, một lượng lớn
hỗn hợp các cấu tử hòa tan được sinh ra trong dịch đen sau nấu.
Trong quá trình nấ
u bột Kraft phần tử 4-O-methyl-glucuronic trong mạch
xylan sẽ bị biến đổi thành axit hexenuronic (HexA). Quá trình này xảy ra là do

15

có sự cắt đứt ở nhóm O-methoxyl sau khi nguyên tử H ở vị trí C
5
của phần tử
axit glucuronic bị mất đi [12]. Cơ chế của sự hình thành HexA được thể hiện ở
Hình 1.6.




Hình 1.6: Sự hình thành HexA [12]

Sau khi được hình thành, phần tử HexA sẽ có nhóm cacboxylic chưa bão
hòa và nhóm ete enol, các nhóm này sẽ ảnh hưởng rất lớn tới độ bền và khả
năng phản ứng của HexA trong các quá trình tiếp theo. Cấu tạo và liên kết của
HexA trong đại phân tử xylan được thể hiện ở Hình 1.7.






Hình 1.7: Các nhóm chức của HexA trong phần tử xylan [13]
Hàm lượng HexA được tạo ra trong quá trình nấu gỗ cứng nhiều hơn so
với gỗ mềm do hàm lượng của xylan trong gỗ cứng nhiều hơn so với gỗ mềm.
Hàm lượng HexA có mặt trong bột sẽ ảnh hưởng tới trị số Kappa sau nấu.
Gellerstedt và Li [14] cho rằng, khoảng 3-6 trị số Kappa của bột gỗ cứng và
khoảng 1-3 trị số Kappa c
ủa gỗ mềm là do hàm lượng HexA có trong bột chứ
không phải là do lignin. Sau quá trình nấu bột, hàm lượng HexA trong bột gỗ
cứng gấp 2 lần so với bột gỗ mềm [15]. Bảng 1.2 chỉ ra hàm lượng HexA trong
các loài bột gỗ cứng khác nhau.
Nấu bột Kraft
Liên kết ete enol
Nhóm cacboxilic chưa bão hòa

16

Bảng 1.2: Hàm lượng HexA trong các loại bột gỗ cứng khác nhau [16]
Loại bột
Kiềm hữu
hiệu

Thời
gian nấu
Trị số
Kappa
HexA
(meq/kg bột KTĐ)
Gỗ bulo 20 180 15,7 43
Gỗ sồi 18 70 16,6 32
Gỗ dương 16 70 17,3 30
Gỗ bạch đàn
Camaldulensis
19 150 16,9 53
Gỗ bạch đàn
Globulus
14 80 16,6 28
Ghi chú: Độ sunphua 33%, nhiệt độ nấu 160
0
C
Sự hình thành HexA trong quá trình nấu bột phụ thuộc rất lớn vào mức
dùng kiềm, nhiệt độ nấu và thời gian nấu. HexA hình thành rất nhanh trong quá
trình tăng ôn và có khoảng 90% nhóm methoxyl trong phần từ 4-O-methyl-
glucoronoxylan bị tách loại điều này sẽ làm cho nhóm 4-O-methyl-
glucoronoxylan hình thành nên HexA. Trong khoảng 25 phút ở nhiệt độ 170°C,
hàm lượng axit glucuronic giảm rất nhanh làm cho HexA hình thành nhanh
nhưng sau đó hàm lượng HexA bắt đầu giảm [17]. Hình 1.8 chỉ ra sự thay đổi
hàm lượng HexA trong quá trình nấu bột.

Hình 1.8: Sự thay đổi hàm lượng HexA trong quá trình nấu bột [18]
Lượng axit Uronic
Mole/100mole x
y
lose
Axit Glucuronic
Axit HexA
Nhiệt độ
Nhiệt độ nấu

17

1.2.2 Sự biến đổi của HexA trong quá trình nấu bột
Lượng HexA có mặt trong bột sau nấu có thể được điều chỉnh bởi các điều
kiện trong quá trình nấu bột. Tuy nhiên nhóm HexA sinh ra sẽ bảo vệ và hạn chế
mạch xylan bị phân tách trong quá trình nấu, kể cả trong giai đoạn kiềm hóa.
Loại bỏ các nhóm này trong quá trình nấu bột là rất phức tạp, ngoài ra sẽ làm
cho chất lượng bột gi
ấy sau nấu sẽ bị giảm và điều này ảnh hưởng không tốt tới
quá trình sản xuất bột [19].
Khi nhiệt độ trong quá trình nấu tăng dần, hàm lượng HexA trong bột cũng
tăng do có các phản ứng của kiềm với các thành phần trong gỗ. Nhưng sau đó do
có sự hòa tan mạch xylan xảy ra sẽ làm giảm hàm lượng HexA còn lại trong bột
giấy. Kiềm trong dịch nấu bột sẽ cắt đứt nhóm HexA ra kh
ỏi mạch xylan và làm

giảm lượng HexA có mặt trong bột giấy. Quá trình hòa tan mạch xylan sẽ ảnh
hưởng rất lớn tới nồng độ của HexA [20]. Sự cắt đứt nhóm xylan trong quá trình
nấu được thể hiện ở Hình 1.9.




Hình 1.9: Sự cắt đứt nhóm HexA ra khỏi mạch xylan [16]
Cơ chế phá vỡ HexA diễn ra theo 2 giai đoạn trong quá trình nấu bột Kraft,
đầu tiên là việc hòa tan nhóm xylan ra khỏi bột và việc phá vỡ HexA bằng tác
nhân ki
ềm (OH
-
). Giai đoạn đầu xảy ra đơn giản, hòa tan xylan đồng nghĩa với
giảm hiệu suất nấu bột. Giai đoạn thứ hai tác nhân kiềm sẽ phản ứng và cắt đứt
HexA ra khỏi mạch chính của xylan và điều đó làm giảm lượng HexA có mặt
trong bột giấy.
Hàm lượng HexA trong bột sau nấu phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ hình
thành HexA và tốc độ tách loại HexA trong suốt quá trình nấ
u. Tốc độ hình
thành HexA và tốc độ tách loại HexA phụ thuộc vào các yếu tố trong quá trình
nấu như lượng kiềm hoạt tính, nhiệt độ nấu và thời gian nấu.
Mức dùng kiềm
hoạt tính trong quá trình nấu bột Kraft ảnh hưởng rất lớn đến sự tách loại HexA,
mức dùng kiềm cao sẽ làm giảm lượng HexA còn lại trong bột, tuy nhiên lượng
kiềm sử dụng lại có ảnh hưởng rất lớn đến sự bẻ gãy thành phần mạch

18

carbohydrate. Giảm lượng HexA trong quá trình nấu bằng cách tăng mức dùng

kiềm đồng nghĩa với việc tăng sự phá hủy nhóm carbohydrate, điều này sẽ làm
giảm hiệu suất nấu và giảm chất lượng bột sau khi nấu [20].
Trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy, HexA sẽ phản ứng với một vài
hóa chất tẩy trắng và làm giảm sự ổn định độ trắng của bộ
t sau quá trình tẩy
trắng, do vậy giảm hàm lượng HexA trong bột sau tẩy trắng càng thấp càng tốt.
Sự tách loại HexA ra khỏi bột một phần là do sự phá vỡ và một phần là do sự
hòa tan nhóm xylan. Việc loại bỏ HexA phụ thuộc phần lớn vào sự phân bố
không đồng đều của nhóm axit uronic trên mạch xylan, các nhóm axit uronic
này nằm trên bề mặt của xơ sợi và do vậy chúng sẽ dễ dàng bị tách loại hơn là
các nhóm chức khác c
ủa mạch xylan do cấu trúc hình thái học của chúng [21].
1.2.3 Tách loại HexA trong giai đoạn tách loại lignin bằng oxy và trong quá
trình tẩy trắng
Hầu như không thể loại bỏ lignin trong bột gỗ cứng ở giai đoạn tách loại
lignin bằng oxy xuống dưới trị số Kappa khoảng 7-10 (phụ thuộc vào chủng loại
gỗ và điều kiện tách loại lignin bằng oxy) bởi vì hóa chất trong giai đoạn này
hầu như không có phả
n ứng với HexA [23]. Để tăng hiệu quả của quá trình tách
loại lignin bằng oxy thì nên có một giai đoạn thủy phân bằng axit trước hoặc sau
giai đoạn tách loại lignin bằng oxy nhằm loại bỏ thành phần HexA có mặt trong
bột. Giai đoạn tiền thủy phân bằng axit có ít ảnh hưởng xấu tới giai đoạn tách
loại lignin bằng oxy. Giai đoạn tiền thủy phân tuy có làm giảm nhẹ độ nhớt của
bột nhưng loại bỏ được phần lớn HexA. Hàm lượng HexA sau quá trình nấu hầu
như vẫn giữ nguyên ngay cả sau giai đoạn tách loại lignin bằng oxy và kể cả sau
giai đoạn tẩy trắng bằng peroxit [24].
Giai đoạn tách loại lignin bằng oxy không những không loại bỏ triệt để được
HexA mà còn làm cho cấu trúc của HexA sau đó phức tạp hơn, điều này sẽ làm
tiêu tốn thêm hóa chất chlorine dioxide trong quá trình tẩy trắ
ng. Giai đoạn xử lý

bằng axit sulphuric kết hợp với rửa sẽ ảnh hưởng rất tốt tới giảm trị số Kappa và
cải thiện tốt cho các giai đoạn tẩy trắng sau đó, sẽ làm cho độ trắng của bột tăng
tương đối cao. Quá trình thủy phân có kết hợp tách loại lignin bằng oxy sẽ giảm
được trị số Kappa xuống khoảng 3-5 đơn vị đối vớ
i cả gỗ cứng và gỗ mềm [25].
Các loại bột kiềm khác nhau sẽ có quy trình tẩy trắng và điều kiện tẩy
trắng khác nhau, thông thường để đạt được độ trắng nhất định cần sử dụng một
lượng hóa chất tẩy trắng hợp lý [26]. Axit hexenuronic phản ứng với một vài
hóa chất tẩy trắng, ví dụ như chlorine, ozone hoặc peracid, chính điều này sẽ

19

làm tăng mức dùng hóa chất tẩy trắng. Axit hexenuronic sẽ làm giảm sự ổn định
của độ trắng của bột sau tẩy, ngoài ra HexA còn có tính hấp thụ đối với các ion
kim loại và có ái lực hóa học với các ion kim loại chuyển tiếp. Tách loại HexA
trong quy trình tẩy trắng bằng ECF vốn đã sử dụng nhiều hóa chất đắt tiền sẽ
làm giảm chi phí về hóa chất cho từng quy trình tẩy trắng khác nhau [17, 27].
1.2.4
Thủy phân HexA bằng axit H
2
SO
4

Quá trình thủy phân HexA trong bột giấy gỗ cứng có thể được tiến hành bởi
một số hóa chất khác nhau như: axit formic, axit phosphoric, axit sulphuric,
enzyme xylanase, trong đó để phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp, giá trị
kinh tế và ứng dụng thực tế, nhóm tác giả đã lựa chọn axit sulphuric để tiến hành
thủy phân bột giấy.
HexA trong bột giấy có thể được tách loại bằng quá trình thủy phân bằng tác
nhân axit. Trong điều kiện thủ

y phân ở nhiệt độ thường sẽ làm giảm hàm lượng
HexA trong bột xuống khoảng 1-10%, tuy nhiên nếu thủy phân bằng axit ở điều
kiện nhiệt độ cao thì sẽ làm giảm khoảng từ 80-90% hàm lượng HexA có mặt
trong bột giấy. Quá trình thủy phân bằng axit có thể được áp dụng đối với quy
trình tẩy trắng ECF bột giấy Kraft nhằm mục đích làm giảm tiêu hao hóa chất,
cải thiện sự ổn đị
nh độ trắng và hạn chế sự hồi màu của giấy [27,29].
Sự thủy phân của HexA trong bột giấy được xác định bằng cách quan sát
nhóm axit furan carboxylic hòa tan trong dịch sau thủy phân ở thiết bị hồng
ngoại. Sự thủy phân ở giai đoạn đầu tăng nhanh với sự giảm của pH nhưng sẽ
đạt mức cao nhất ở pH bằng 3 hoặc 2. Tốc độ phản ứng tỷ lệ v
ới sự phân hủy
nhóm HexA tự do. Quá trình thủy phân làm giảm sự linh hoạt của xơ sợi trong
huyền phù bột khi sản xuất giấy, do vậy sẽ ảnh hưởng tới độ nhớt của bột giấy
[17].
Trong dung dịch có tính kiềm mạnh HexA phân hủy rất chậm ngay cả ở
nhiệt độ cao. Tuy nhiên HexA sẽ không ổn định trong dung dịch có tính axit là
do tính không bền trong môi trường axit của nhóm enol ete. Hình 1.10 mô tả quá
trình phá vỡ liên kết của HexA trong môi tr
ường axit.





20

Hình 1.10: Cơ chế tách loại HexA ra khỏi mạch xylan [30]
Tiền xử lý bột bằng axit sulphuric (Hỗn hợp bột gỗ bạch đàn, gỗ bulo được
nấu ở nhiệt độ 170
0
C, thời gian bảo ôn 1 giờ, thời gian tăng ôn 50 phút, modun
nấu 6:1, độ sunphua 28,5%) có thể giảm trị số Kappa xuống khoảng 3 đơn vị.
Ngoài ra quá trình thủy phân bột bằng axit sẽ làm giảm hàm lượng HexA xuống
khoảng 7 đơn vị từ hàm lượng HexA ban đầu là 18,2meq/kg. Điều đó cho thấy
quá trình tiền thủy phân có thể sẽ loại bỏ được lượng lignin trong bột cũng như
loại bỏ được cả HexA. Tươ
ng tự như vậy, tiền xử lý bằng xylanase cũng làm
giảm trị số Kappa xuống khoảng 2 đơn vị. Tiền xử lý bằng axit sulphuric có thể
loại bỏ được một phần xylan do hàm lượng HexA sẽ giảm dần trong quá trình
thủy phân [31]. Quá trình tẩy trắng trong phòng thí nghiệm có quá trình thủy
phân bột giấy bằng axit sulphuric chỉ ra rằng sẽ giảm được khoảng 39% lượng
hóa chất ClO
2
tẩy trắng trong khi độ nhớt của bột giảm không đáng kể, độ trắng
của bột có xu hướng tăng nhẹ [32].
Bảng 1.3: Kết quả tẩy trắng mẫu bột có giai đoạn thủy phân bằng axit [32]
Giai
đoạn
A
(kg/tấn)
D

100
(kg/tấn)

E
0
(kg/tấn)
D/D
n
(kg/tấn)

D
(kg/tấn)
Độ trắng
(%ISO)
Độ
nhớt
(ml/g)
Giảm
ClO
2

(%)
H
2
SO
4
ClO
2
NaOH ClO
2

ClO
2
% ml/g %
D
100
ED 8,0 12,0 7,0 87,2 1010 39
ADED 10,0 6,0 10,0 3,2 87,5 960 39

21

Bảng 1.3 chỉ ra rằng, với quy trình tẩy trắng DED không có giai đoạn thủy
phân mà điều kiện nhiệt độ tẩy là 100
0
C thì độ trắng của bột sẽ đạt là 87,2%ISO,
tuy nhiên khi kết hợp 1 giai đoạn thủy phân ADED không cần nhiệt độ tẩy là
quá cao cũng thu được độ trắng tương tự là 87,5%ISO. Điều này cho thấy lợi ích
của giai đoạn thủy phân đối với mức tiêu hao hóa chất tẩy.
1.3 Ảnh hưởng của HexA tới tính chất của bột giấy và giấy
1.3.1 Ảnh hưởng của HexA t
ới trị số Kappa của bột giấy
Loại bỏ lignin ra khỏi bột giấy là mục tiêu quan trọng nhất của quá trình
nấu bột và quá trình tẩy trắng bột giấy. Phương pháp phổ biến nhất để xác định
được hàm lượng lignin còn lại trong bột là trị số Kappa. Việc xác định trị số
Kappa nhằm mục đích kiểm soát được quá trình tách loại lignin và tính toán
được lượng hóa chất tẩy trắng cần thi
ết. Mức tiêu hao hóa chất KMnO
4
tỷ lệ với
lượng lignin còn tồn tại trong bột.
Tuy nhiên trong quá trình xác định trị số Kappa, lượng KMnO

4
không
những chỉ phản ứng với lignin mà nó còn phản ứng với các cấu trúc có tính oxy
hóa khác còn tồn tại trong bột, trong đó chủ yếu là HexA [33]. Tổng trị số
Kappa của bột sẽ bằng trị số Kappa của lignin và trị số Kappa do các nhóm có
tính oxy hóa khác như nhóm anhydrite tự do, liên kết đôi, nhóm α, β- carbonyl
chưa bão hòa và nhóm axit α-keto-carboxylic có mặt, chúng được coi như là
thành phần không phải là lignin [34].
HexA phân bố trong trị số Kappa đối với bột gỗ
cứng cao hơn với bột gỗ
mềm do hàm lượng HexA trong bột gỗ cứng cao hơn rất nhiều so với bột gỗ
mềm. Sự phân bố HexA trong bột gỗ cứng và bột gỗ mềm được thể hiện ở Hình
1.11.









Hình 1.11: Hàm lượng HexA trong bột gỗ mềm và bột gỗ cứng [35]
GỖ MỀM
Trị số Kappa
Trị số Kappa
GỖ CỨNG

22

HexA chiếm khoảng từ 3-6 trị số Kappa ở bột gỗ cứng chưa tẩy [36].
Hàm lượng HexA chưa bão hòa còn lại trong bột sẽ làm tiêu hao lượng KMnO
4

trong quá trình xác định trị số Kappa là do nhóm chất hexenuronoxylo-
oligosaccharide. Trong các mẫu bột, có sự tỷ lệ liên quan tuyến tính giữa sự
giảm hàm lượng HexA với trị số Kappa [37].
Thông thường bột sau nấu có trị số Kappa cao thì hàm lượng axit HexA
cũng cao và ngược lại. Quá trình thủy phân HexA liên quan trực tiếp tới trị số
Kappa, đặc biệt là đối với bột gỗ cứng sau quá trình nấu có trị số Kappa nhỏ hơn
20. Nếu tiếp tụ
c tách loại lignin ở trị số Kappa thấp hơn thì việc giảm trị số
Kappa là không đáng kể mà sẽ ảnh hưởng tới các tính chất của bột. Sự liên quan
giữa trị số Kappa và hàm lượng HexA trong quá trình thủy phân còn phụ thuộc
vào chủng loại gỗ khác nhau. Sự phân bố của HexA với trị số Kappa có thể
được tính toán dựa vào công thức sau:
K = 0,086 x HexA
- K: là hàm lượng HexA trong trị số Kappa
- HexA: Hàm lượng HexA trong bột (meq/kg b
ột KTĐ)
- Khoảng 10 meq/kg HexA tương ứng khoảng 0,84 tới 0,86 trị số Kappa [33]
1.3.2 Ảnh hưởng của HexA tới tính chất khác của bột giấy và giấy
1.3.2.1 Ảnh hưởng tới sự hồi mầu
Trong những năm gần đây, HexA có mặt trong bột Kraft gỗ cứng được
đánh giá là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới quá trình sản xuất giấy. Sự
có m
ặt của HexA trong bột tẩy trắng sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới sự hồi màu của
bột và tới độ bền của giấy.
Xu hướng hồi màu của giấy là một trong những nhân tố quan trọng đối
với bột trên thị trường. Nói chung, sự hồi màu của giấy có thể được xử lý bằng

cách tẩy trắng bột giấy tới độ trắng
cao hơn giá trị cần thiết. Tuy nhiên, tẩy trắng
cao hơn giá trị thực sẽ ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất khác, trong đó có một
số tính chất có thể sẽ bị tác động xấu. Do vậy trong quá trình sản xuất bột phải
lựa chọn quy trình tẩy trắng tới một giá trị thích hợp. HexA sẽ ảnh hưởng đến sự
hồi màu của giấy nếu như chúng v
ẫn tồn tại trong bột sau tẩy trắng do HexA có
chứa liên kết đôi trong cấu trúc và liên kết đôi này thường không bền và là yếu
tố gây ra sự hồi màu cho giấy [30]. Hình 1.12 mô tả ảnh hưởng của hàm lượng
HexA tới sự hồi màu.



23








Hình 1.12: Ảnh hưởng của HexA tới sự hồi màu của giấy [35]
1.3.2.2 Ảnh hưởng tới độ bền của giấy
Độ bền của giấy bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của xơ sợi như liên kết nội
tại, sức căng của tờ giấy và sự phân bố của xơ sợi như định hướng x
ơ sợi, sự
đồng đều của xơ sợi, sự hình thành, tỷ trọng. Trong đó, sự trương nở của xơ sợi
cũng là một đặc tính quan trọng sẽ ảnh hưởng tới độ bền của giấy. Khả năng
trương nở của xơ sợi có sự quan hệ mật thiết với sự mềm dẻo của thớ sợi, càng

nhiều x
ơ sợi trương nở thì càng tạo nên độ bền cho giấy. Liên kết nội tại là yếu
tố quyết định đến sự độ bền và độ bền thường tăng khi giấy được tiến hành sấy
khô [38].
Điện tích của xơ sợi sẽ ảnh hưởng tới sự trương nở và liên kết nội tại của
xơ sợi. Nhóm axit carboxylic ở trong bột là nguồn gốc sinh ra
điện tích cho xơ
sợi, trong khi đó HexA lại là một nguồn gốc quan trọng tạo ra axit carboxylic ở
bột Kraft gỗ cứng. Do vậy HexA trong bột gỗ cứng sẽ ảnh hưởng tới độ bền của
giấy do bột gỗ cứng có hàm lượng HexA cao [39, 40].

1.4 Ảnh hưởng của HexA tới quá trình tẩy trắng
Các cấu trúc có đặc tính oxy hóa có mặt trong bột giấy bao gồm các thành
phần như lignin, không phải lignin và HexA. Các thành phần không phải lignin
trong bột mà có cấu trúc có tính oxy hóa và HexA sẽ làm tiêu hao đáng kể một
lượng hóa chất tẩy trắng và làm tăng các sản phẩm hòa tan trong dịch sau tẩy.
Các thành phần không phải lignin tồn tại trong suốt quá trình nấu bột Kraft và
ngay cả trong quá trình tách loại lignin bằng oxy. Các cấu trúc không phải là
lignin này có mặt trong bộ
t gỗ mềm ít hơn so với bột gỗ cứng [41].

24

HexA hầu như không phản ứng với oxygen và peroxide. Trong quá trình tẩy
trắng bằng chlorine dioxide, liên kết đôi của HexA sẽ dễ bị bẻ gãy bởi hóa chất
chlorine dioxide [48]. Sự tạo thành clo nguyên tố trong quá trình tẩy trắng bằng
chlorine dioxide là nhân tố cực kỳ quan trọng cho việc loại bỏ HexA, ngoài ra
pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng cũng ảnh hưởng rất lớn đến việc loại bỏ
HexA. Hình 1.13 chỉ ra hàm lượ
ng HexA bị loại bỏ qua các quá trình tẩy trắng

khác nhau.







Hình 1.13: Sự tách loại axit HexA sau các quá trình tẩy trắng [33]
Sản phẩm của phản ứng giữa chlorine dioxide và HexA là các nhóm
dicarboxylic có chứa hoặc không có chứa clo (Hình 1.14).










Hình 1.14: Sản phẩm của phản ứng giữa HexA và chlorine dioxide [18]
Chlorine dioxide đầu tiên phản ứng với lignin trước và sau đó sẽ phản ứng
với HexA [40]. Trong giai đoạn tách loại lignin D
0
, do hàm lượng lignin cao hơn
Hàm lượng HexA
Độ trắng (%ISO)
pH cao
pH thấp