Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình bảo quản dăm mảnh nguyên liệu giấy

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu trong luận
văn là trung thực, các bước thực nghiệm được tiến hành một cách nghiêm túc trong
quá trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu nào khoa học nào, các tư
liệu tham khảo đều được sự đồng ý của các tác giả.
Học viên

NGÔ THỊ DUYÊN


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Quang Diễn, người đã hướng dẫn
tận tình, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt Luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, giúp đỡ về mọi mặt của các Thầy Cô
giáo, cán bộ của Viện Kỹ thuật Hoá học, Viện Đào tạo sau đại học, các Quí Phòng
ban chức năng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của Ban Giám hiệu, Các Quí Phòng ban, Khoa công
nghệ sản xuất bột giấy và giấy, Trường Cao đẳng nghề Công nghệ giấy và Cơ điện,
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã chia sẻ những khó khăn và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để tôi hoàn thành chương trình học tập của mình.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2015

Học viên

NGÔ THỊ DUYÊN


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU

1

CHUƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

3

1.1 Khái niệm chung về các chất trích ly

3

1.1.1 Nhựa cây trong gỗ mềm

5

1.1.2 Nhựa cây trong gỗ cứng

8

1.2 Sự biến đổi và ảnh hưởng của các chất trích ly trong quá trình sản xuất
bột giấy
1.2.1 Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình tồn trữ và bảo quản dăm
mảnh

9

11

1.2.2 Ảnh hưởng của nhựa cây đối với quá trình nấu bột giấy

12

1.2.3 Ảnh hưởng của nhựa cây đối với quá trình tẩy trắng bột giấy

14

1.2.4 Ảnh hưởng của nhựa cây đối với quá trình sản xuất giấy

15

1.3 Nguyên liệu sản xuất bột giấy ở Việt Nam

16

1.4 Ảnh hưởng của nhựa cây đến quá trình sản xuất tại một số nhà máy bột
giấy và giấy trong nước

18

CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

21

2.1 Nguyên liệu và phương pháp lấy mẫu nguyên liệu

21

2.2 Phương pháp bảo quản nguyên liệu trên sân bãi

21

2.3 Chuẩn bị nguyên liệu cho phân tích

21


Ngô Thị Duyên

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu

22

2.4.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu

22

2.4.2 Xác định độ tro của gỗ bằng phương pháp đốt

22

2.4.3 Xác định hàm lượng các chất trích ly bằng axeton

23

2.4.4 Xác định hàm lượng các chất tan trong nước lạnh

24

2.4.5 Xác định hàm lượng các chất tan trong nước nóng

25

2.4.6 Xác định hàm lượng xenluloza trong gỗ theo phương pháp Kursner

25

2.4.7 Xác định hàm lượng lignin theo phương pháp biến tính Komarov

26

2.4.8 Xác định hàm lượng pentozan theo phương pháp Bromua – bromat biến
tính

26

2.4.9 Xác định hàm lượng chất tan trong dung dịch NaOH 1 %

27

2.5 Phương pháp phân tích thành phần các chất trích ly

29

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

30

3.1 Thành phần hóa học cơ bản của gỗ keo tai tượng và bạch đàn urô

30

3.2 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản
nguyên liệu

32

3.2.1 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản
nguyên liệu khai thác vào mùa Xuân

33

3.2.2 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản
nguyên liệu khai thác vào mùa Hạ

35

3.2.3 Sự biến đổi về hàm lượng của các chất trích ly trong quá trình bảo quản
nguyên liệu khai thác vào mùa Thu

37


Ngô Thị Duyên

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

3.3. Sự biến đổi về thành phần của các chất trích ly trong nguyên liệu trong
quá trình bảo quản

41

KẾT LUẬN

47

TÀI LIỆU THAM KHẢO

48

PHỤ LỤC

50


Ngô Thị Duyên

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa trong bạch
đàn

12

Bảng 3.1. Thành phần hóa học của gỗ keo tai tượng và bạch đàn urô, khai
thác vào mùa Xuân

30

Bảng 3.2. Bảng tổng hợp hàm lượng các chất trích ly trong axeton của gỗ keo
tai tượng và bạch đàn

32

Bảng 3.3. Thành phần của các chất trích ly của nguyên liệu gỗ bạch đàn

45

Bảng 3.4. Thành phần của các chất trích ly của nguyên liệu gỗ keo

46


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Cấu trúc hoá học của axit nhựa có trong kênh dẫn nhựa gỗ lá kim

6

Hình 1.2. Một số diterpenoit có trong các kênh dẫn nhựa gỗ lá kim

7

Hình 1.3. Thành phần hoá học của nhựa trong các tế bào nhu mô gỗ lá kim

7

Hình 1.4. Cấu trúc hoá học một số chất thành phần của nhựa gỗ cứng

8

Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly
trong gỗ bạch đàn urô khai thác vào mùa Xuân

33

Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly
trong gỗ keo khai thác vào mùa Xuân

34

Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly
trong gỗ bạch đàn urô khai thác vào mùa Hạ

35

Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly
trong gỗ keo khai thác vào mùa Hạ

36

Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly
trong gỗ bạch đàn urô khai thác vào mùa Thu

37

Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản tới hàm lượng các chất trích ly
trong gỗ keo khai thác vào mùa Thu

38

Hình 3.7. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 5 tuổi
trước bảo quản

41

Hình 3.8. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 5 tuổi sau
bảo quản 90 ngày

41

Hình 3.9. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 6 tuổi
trước bảo quản

42

Hình 3.10. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 6 tuổi
sau bảo quản 90 ngày

42


Ngô Thị Duyên

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Hình 3.11. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 7 tuổi

42

trước bảo quản
Hình 3.12. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ bạch đàn 7 tuổi
sau bảo quản 90 ngày

42

Hình 3.13. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ keo 5 tuổi trước
bảo quản

43

Hình 3.14. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ keo 5 tuổi sau bảo
quản 90 ngày

43

Hình 3.15. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ keo 6 tuổi trước
bảo quản

43

Hình 3.16. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ keo 6 tuổi sau bảo
quản 90 ngày

43

Hình 3.17. Phổ GC-MS các chất trích ly trong axeton từ gỗ keo 7 tuổi sau bảo
quản 90 ngày

44


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam hiện nay bột giấy và giấy chủ yếu được sản xuất từ hai loại
nguyên liệu chính là gỗ keo và gỗ bạch đàn. Tuy nhiên, ngoài thành phần chính có
hàm lượng lớn đáng quan tâm trong gỗ như xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, thì các
thành phần hóa học khác như các chất trích ly bằng dung môi hữu cơ, tuy có hàm
lượng thấp hơn (chỉ chiếm khoảng 2-3%), nhưng có ảnh hưởng bất lợi tới quá trình
sản xuất bột giấy và chất lượng bột giấy thu được, đặc biệt là khi sản xuất bột cơ.
Như đã biết, các chất trích ly là nhóm chất có thành phần hóa học đa dạng
nhất, bao gồm hầu hết các nhóm chất hữu cơ có trong tự nhiên. Chúng là nguồn gốc
của một loạt các hiện tượng bất lợi trong suốt quá trình sản xuất, như kết bám trên bề
mặt thiết bị, cản trở quá trình vận hành và ảnh hưởng xấu tới chất lượng giấy (vết
sẫm, giảm khả năng bắt mực in, gây xước hoặc rách giấy khi tiếp xúc với các bề mặt
thiết bị trên dây chuyền sản xuất, …). Về tác dụng bất lợi của chúng đã được khoa
học chứng minh và nhiều giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế sự ảnh hưởng của chúng
đã được áp dụng hiệu quả trong thực tế sản xuất bột giấy và giấy.
Một trong những giải pháp nhằm giảm hàm lượng các chất trích ly, là áp dụng
quy trình công nghệ phù hợp tồn trữ và bảo quản nguyên liệu (dạng gỗ trục và dăm
mảnh) trước khi sử dụng, là công đoạn được thực hiện đối với tất cả mọi loại hình
sản xuất. Tuy nhiên, thực trạng và những hạn chế trong kiểm soát chất lượng nguyên
liệu gỗ, sử dụng cho sản xuất bột giấy, bởi tính đa dạng về chủng loại, độ tuổi của gỗ
khai thác, vùng lập địa, …, hay những khó khăn khác mà các doanh nghiệp sản xuất
bột và giấy đang gặp phải, đồng thời phương thức tồn trữ và bảo quản nguyên liệu gỗ
đang được áp dụng ở hầu hết các doanh nghiệp chế biến dăm mảnh và sản xuất bột
giấy cho thấy, các quy trình công nghệ chưa được thực hiện hiệu quả và phù hợp,
dẫn đến vấn đề do các chất trích ly gây ra vẫn là vấn đề bức thiết và cần có những
giải pháp công nghệ phù hợp. Muốn vậy cần có những nghiên cứu cơ bản định
hướng áp dụng về sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình tồn trữ và bảo

quản nguyên liệu gỗ, để đưa ra những quy trình (giải pháp) công nghệ phù hợp . Đây
là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu là cơ sở áp dụng

1


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

phương pháp bảo quản dăm mảnh, cũng như áp dụng giải pháp công nghệ thích hợp
nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của chúng tới quá trình sản xuất.
Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên, đề tài Luận văn thạc sĩ kỹ thuật:
“Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình bảo quản dăm mảnh
nguyên liệu giấy” đã đặt mục tiêu: Xác định được ảnh hưởng của độ tuổi, mùa khai
thác gỗ (keo tai tượng và bạch đàn urô) tới hàm lượng và một số thành phần của các
chất trích ly ở quy mô phòng thí nghiệm. Công đoạn bảo quản gỗ từ khi khai thác tới
công đoạn chặt mảnh để đưa vào sản xuất có ảnh huởng đến sự biến đổi của các chất
trích ly. Thông tin này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn đối với việc nghiên cứu sự
biến đổi của các chất trích ly trong quá trình bảo quản dăm mảnh, sẽ được tiếp tục
nghiên cứu.

2


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái niệm chung về các chất trích ly của gỗ
Trong cây thân gỗ và các loài thực vật chứa xơ sợi khác, ngoài các thành phần
chính của vách tế bào, là xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin, còn có các chất trích ly
và các chất vô cơ.
Các chất trích ly là nhóm các hợp chất có thể hòa tan được trong nước hoặc
dung môi hữu cơ trung tính, như etanol, axeton, ete etylic, ete dầu hỏa, diclometan
hoặc một số hỗn hợp dung môi.
Các chất trích ly là nhóm chất có thành phần phức tạp nhất, bao gồm hàng
trăm hợp chất có cấu tạo phân tử khác nhau, với những nhóm chức khác nhau, như
các chất béo, tecpen, tecpennoid, polyphenol, một số cacbohydrat và dẫn xuất cũng
như hợp chất của nitơ và một số muối khoáng…
Thông thường, các chất trích ly tập trung nhiều ở vỏ, rồi ở phần thân gỗ. Một
số loài cây lại lai có hàm lượng các chất trích ly ở rễ, hoa, lá hoặc quả.
Ở các loại cây cùng họ với nhau, chất trích ly thường tương tự nhau, tuy
nhiên, cũng có thể có những đặc điểm riêng đối với từng loại. Các chất trích ly ở cây
lá kim và cây lá rộng có nhiều nét khác nhau.
Nhiều cây lá kim có hệ thống kênh dẫn nhựa dọc và ngang thân. Loại nhựa
này được sinh ra từ các tế bào bao quanh kênh dẫn nhựa, được gọi là nhựa dầu. Ở gỗ
lá kim, nhựa dầu chứa nhiều là các chất tecpen và dẫn xuất của chúng, đặc biệt là
axit nhựa. Gỗ thông có thể có hàm lượng axit nhựa chiếm tới 70 – 80% của dầu
nhựa.
Trong gỗ lá kim, ngoài nhựa dầu có trong kênh dẫn nhựa, nhựa cây còn nằm
trong tế bào parenchym. Hơn 95% tế bào parenchym nằm ở tia gỗ. Ở phần gỗ giác,
các tế bào này là tế bào sống. Ở phần gỗ lõi các tế bào này ngừng hoạt động. Nhựa
trong parenchym bao gồm chủ yếu là este của axit béo và các hợp chất sterol.
Trong quá trình nấu bột giấy từ nguyên liệu gỗ lá kim, nhựa trong kênh dẫn
nhựa dễ bị phân tán vào dịch nấu. Ngược lại, nhựa trong tế bào parenchym thường
nằm lại trong đó, đặc biệt khi ruột tế bào nhỏ và vách tế bào chắc.

3

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

Đối với những loại nguyên liệu có tế bào parenchym như vậy, để giảm bớt
hàm lượng nhựa trong bột giấy, cần tiến hành sàng chọn để tách bớt tế bào
parenchym chứa nhựa.
Trong quá trình hình thành gỗ lõi, nhiều phản ứng hóa học xảy ra. Một lượng
lớn chất trích ly xuất hiện, phân bố khắp phần gỗ lõi.
Hàm lượng các chất trích ly có thể tăng từ 4% lên 12 – 14% ở các loại gỗ
thông. Chất trích ly ở gỗ lõi thường chứa nhiều polyphenol, có tác dụng bảo vệ cây
khỏi sự phá hoại của vi sinh vật và côn trùng. Chất trích ly ở gỗ lá kim và gỗ lá rộng
khác nhau. Gỗ lá rộng không có kênh dẫn nhựa như ở trong gỗ lá kim. Do đó gỗ lá
rộng không có nhựa dầu. Nhựa ở gỗ lá rộng tập trung ở tế bào parenchym nối với
ống dẫn. Nhựa gỗ lá rộng gồm có chất béo, sáp và hợp chất sterol…
Cũng như ở gỗ lá kim, khả năng thẩm thấu hóa chất để tách nhựa khỏi tế bào
parenchym, phụ thuộc vào kích thước mao quản cũng như độ bền cơ học của tế bào
tia parenchym. Khả năng tách nhựa khác nhau phụ thuộc vào các loài cây. Nhìn
chung, những loại gỗ nhiều nhựa không thích hợp cho sản xuất bột giấy theo phương
pháp nấu sunfit. Vì vậy, chúng thường được sử dụng cho sản xuất bột sunfat. Tuy
vậy, trong nhiều trường hợp, chẳng hạn sự có mặt của nhựa cây trong gỗ bạch đàn
cũng gây ảnh hưởng xấu ít nhiều tới quá trình nấu, rửa và tẩy trắng bột sunfat.
Hàm lượng và thành phần các chất trích ly phụ thuộc vào loài cây, các bộ
phận của cây, cũng như điều kiện sinh trưởng của chúng. Tùy thuộc mục đích sử
dụng, ta có thể khai thác chất trích ly ở hoa, lá, quả, vỏ, thân gỗ hoặc rễ cây.
Chất trích ly thường được phân thành các nhóm sau:
- Các chất béo: axit béo, axit nhựa, chất béo,…;
- Các hợp chất tecpen và dẫn xuất (tecpenoit);

- Các hợp chất phenol: như flavonoit, lignan, stilben..
- Cacbohydrat: oligosaccarit, một số ít polysaccarit;
- Các hợp chất vô cơ
Trong số các chất trích ly có trong cây nguyên liệu giấy, có thể nói “nhựa cây”
là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất và có tác động lớn nhất đến quá trình sản xuất bột
giấy và giấy.
“Nhựa cây” là khái niệm dùng để chỉ nhóm các hợp chất tự nhiên không tan
trong nước, có cả trong gỗ lá rộng và gỗ lá kim. Chúng tan được trong dầu mỏ và
4


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

một số dung môi hữu cơ có độ phân cực thấp. Phần lớn các hợp chất này có phân tử
lượng thấp, tuy nhiên cũng có một số phần tử nhựa tồn tại ở dạng polyme như
polyisopren và polysesquitecpen.Theo Black và Ekman [5], có thể phân loại các hợp
chất nhựa thành 4 nhóm chính:
- Các chất béo và axit béo;
- Steryl este và sterol;
- Tecpen và tecpenoid (các axit nhựa và polyisopren);
-

Các chất sáp (rượu và các este với các axit béo của chúng).
Trong gỗ, nhựa cây chủ yếu chứa trong các kênh dẫn nhựa (resin canals), trong

các túi nhựa (resin pockets), trong các tế bào nhu mô (parenchym cell) hoặc ở một số
tế bào chỉ có ở một số loại gỗ cứng nhiệt đới, như các tế bào sinh dầu (oil cell) và các
tế bào sinh mủ (latex cell). Nhựa trong các kênh dẫn nhựa thông thường là hỗn hợp

vô định hình của các tecpen và tecpenoit mạch vòng, được hình thành từ các đơn vị
isopren nhờ sự tiếp xúc của các enzyme tạo mạch vòng xyclaza. Khác với các kênh
dẫn nhựa, các tế bào nhu mô không chứa các hợp chất mạch vòng mà chỉ chứa các
glyxerit, steryl este, chất béo và axit béo.
Nhìn chung, hàm lượng và cấu tạo hóa học của nhựa trong gỗ lá kim, gỗ lá rộng
rất khác nhau, và có những đặc trưng riêng. Theo một số tài liệu thì hàm lượng và
thành phần hóa học của nhựa cây không chỉ phụ thuộc vào loài cây, mà còn phụ
thuộc vào độ tuổi, yếu tố về di truyền, mùa sinh trưởng, điều kiện phát triển (ánh
sáng, độ ẩm, thành phần dinh dưỡng của đất,…).Thậm chí giữa các bộ phận khác
nhau của cây cũng có sự khác biệt đáng kể.
Thành phần nhựa của gỗ mềm đã được nghiên cứu nhiều trong những năm gần
đây. Trong gỗ mềm, triglyxerit, các axit nhựa và các axit béo có hàm lượng nhựa
cao, thành phần của chúng cũng khác nhau giữa dát gỗ và lõi của cùng một loài cây.
Lõi gỗ chủ yếu bao gồm các axit nhựa
1.1.1. Nhựa cây của gỗ mềm
Gỗ mềm (gỗ lá kim) được sử dụng làm nguyên liệu bột giấy có hàm lượng nhựa
tương đối cao (từ 1,6 – 3,1% so với gỗ khô tuyệt đối hoặc cao hơn) và chủ yếu tập
trung ở trong kênh dẫn nhựa và ở trong các tế bào nhu mô.

5


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

Kênh dẫn nhựa là các tổ chức của tế bào mô mềm. Kênh dẫn nhựa gồm hai loại:
kênh dẫn nhựa dọc và kênh dẫn nhựa ngang. Nó do ba loại tế bào cấu tạo nên: tế bào
tiết, tế bào sống, tế bào chết.
Nhiệm vụ của tế bào tiết là chức năng dẫn tiết nhựa vào ống nhựa, tế bào chết

giữ chức năng cơ học (bảo vệ thành ống nhựa), tế bào sống giữ vai trò quan trọng là
nối liền các ống dẫn nhựa để tạo thành một hệ thống dẫn nhựa hoàn chỉnh trong thân
cây.
Trong các kênh dẫn nhựa, thành phần hóa học chủ yếu là các chất terpen và các
dẫn xuất có oxy của chúng (terpenoit) như axit pimaric, axit sandaracopimaric, axit
isopimaric...(được gọi chung là axit nhựa) (Hình 1.1) và một số diterpenoit trung tính
không bay hơi như metyl este, oxit, anđehyt, rượu và các hydrocacbon (Hình 1.2).
Ngoài ra, nhựa trong tế bào nhu mô có thành phần hoá học rất khác biệt so với
nhựa trong các kênh dẫn nhựa. Nhựa trong các tế bào nhu mô chủ yếu là các axit
béo, triglyxerit và este của axit béo với rượu mạch vòng như sterol và triterpenyl
(Hình 1.3).

CO 2H
Axit pimaric

CO 2H
Axit abietic

CO 2H

CO 2H

Axit sandaracopimaric

Axit isopimaric

CO 2H

CO 2H
Axit levopimaric

Axit palustric

Hình 1.1 Cấu trúc hoá học của axit nhựa có trong kênh dẫn nhựa gỗ lá kim

6


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

CHO

CH2OH

CO2H

Anhydrit levopimaral

Pimarol

Abienol

Hình 1.2 Một số ditecpenoid có trong các kênh dẫn nhựa gỗ lá kim

a/Fatty acids
cooh
1
cooh

14
16
10

18

1
cooh

9

cooh

cooh
cooh

Axit palmitic
Axit hexadecanoic
Axit oleic
Axit linoleic

Axit linolenic
Axit pinolenic

Triglyxerit:
b/
co - 0 - CH 2
c0 - 0 - CH

Trilinolein

c0 - 0 - CH

Este:
O

O

O

R1- C - [CH 2]n - CH 3 (n = 16-23);

R2 C

Sterol ;

R2 C

Triterpenyl alcohol

Hình 1.3 Thành phần hóa học của nhựa trong các tế bào nhu mô gỗ lá kim
(a: Các axit béo; b: Triglyxerit)
Nhìn chung, nhựa trong gỗ lá kim có chứa hàm lượng các chất xà phòng hoá
cao là các axit nhựa và axit béo (khoảng 90%). Tỷ lệ nhựa xà phòng hoá được và
7


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

không xà phòng hoá được là một chỉ số có ảnh hưởng rất quan trọng tới khả năng
hoà tan nhựa cây trong quá trình nấu bột. Black và Ekman [4] cho rằng, nhựa khi đã
xà phòng hoá và tan vào dịch nấu sẽ có tác dụng “lôi kéo” các loại nhựa không xà
phòng hoá được từ pha rắn phân tán vào pha lỏng.
1.1.2 Nhựa cây của gỗ cứng
Thành phần chính của nhựa trong các loại gỗ cứng chủ yếu được chứa trong các
tế bào nhu mô và có thành phần chính là các axit béo (chủ yếu là chưa no) như axit
oleic, linoleic và linolenic; sterol và rượu triterpenyl (Hình 1.4).

10

18

1
cooh

9

cooh

cooh

HO

Axit oleic

Axit linoleic
Axit linolenic

Sterol

Triterpenyl alcohol

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học một số chất thành phần của nhựa gỗ cứng
Theo Adrian và các cộng sự [4] nhựa gỗ bạch đàn (Eucaluptus globulus) có
thành phần chủ yếu là steryl este, sitosteryl lioleat và oleat. Một số loại hợp chất điển
hình của nhựa từ gỗ cứng ôn đới như axit béo với số nguyên tử mạch các bon trong
khoảng từ C-16 đến C-26 và triglycerit có rất ít trong gỗ bạch đàn.
Suvi Pietarinen và các cộng sự trong quá trình nghiên cứu về một số loại keo
như Acacia mangium và Acacia crassicarpa đã chỉ ra rằng thành phần chủ yếu của
nhựa có trong gỗ Acacia mangium là các axit béo no và rượu no mạch dài (từ 22 đến
28 nguyên tử các bon) trong khi nhựa trong gỗ Acacia crassicarpa lại bao gồm chủ
yếu các axit béo mạch ngắn (từ 16 đến 20 phân tử các bon).
8


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

Thành phần nhựa cây của gỗ lá rộng và gỗ lá kim có hai điểm khác biệt cơ bản:
- Nhựa gỗ lá kim chủ yếu được phân bố trong các kênh dẫn nhựa với thành
phần chính là các axit nhựa, trong khi nhựa gỗ lá rộng có nhiều trong các tế bào nhu
mô với thành phần cơ bản là các axit béo, rượu béo và các este của chúng.
- Tỷ lệ giữa nhựa xà phòng hóa được và không xà phòng hóa được của gỗ lá
rộng là rất thấp so với gỗ lá kim (khoảng 2:1 trong gỗ bulô so với 10:1 của gỗ thông).
Theo Black và Ekman [5] để có thể hòa tan hoàn toàn nhựa không xà phòng hóa
được trong quá trình nấu bột kraft, tỷ lệ giữa nhựa xà phòng hóa được và không xà

phòng hóa được phải ở mức 3:1 trở lên. Như vậy, khác với gỗ lá kim, nhựa trong gỗ
bulô cũng như phần lớn các loại gỗ cứng khác rất khó loại bỏ được hoàn toàn trong
quá trình nấu bột.
1.2. Sự biến đổi và ảnh hƣởng của các chất trích ly tới quá trình sản xuất
bột giấy
Trong các loài cây gỗ cứng như bạch đàn, keo hiện nay được sử dụng khá phổ
biến làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy, các steroid và axit béo là các thành phần
chính của nhựa, chúng là những thành phần gây nên hiện tượng bám dính trong sản
xuất bột giấy và giấy.
Với thành phần và đặc điểm cấu tạo như vậy, trong quá trình chế biến sinh khối
thực vật, các chất nhựa có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến
hiệu quả của quá trình công nghệ và chất lượng sản phẩm, nhất là khi xử lý trong môi
trường axit, các chất nhựa rất khó loại bỏ, chúng có xu hướng kết bám trên bề mặt
trang thiết bị và gây ra rất nhiều vấn đề trong quá trình vận hành. Ngoài ra, các chất
nhựa có tác động bất lợi đến môi trường, như tăng độc tố của nước thải, ảnh hưởng
đến hệ thủy sinh, …
Ngày nay, phương pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của các chất nhựa tới quá
trình chế biến sinh khối là sử dụng nguyên liệu có hàm lượng nhựa thấp, có phương
pháp bảo quản phù hợp để loại bỏ các hợp chất ra khỏi nguyên liệu trước khi sản
xuất.
Hiện nay, công nghệ sinh học đang phát triển và được sự chú ý của các ngành
công nghiệp, trong đó, công nghiệp giấy cũng đang nỗ lực áp dụng những tiến bộ của
khoa học kỹ thuật cho sản xuất nhằm tiết kiệm năng lượng, hóa chất, nâng cao chất
lượng sản phẩm, giảm giá thành. Với những nghiên cứu gần đây, việc sử dụng nấm
9


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

và enzyme cho công đoạn bảo quản nguyên liệu, tăng khả năng thủy phân của một số
hợp chất nhựa trong nguyên liệu và loại bỏ chúng trước khi vào công đoạn nấu đã
đem lại những kết quả mong muốn, hàm lượng nhựa giảm đáng kể.
Trong sản xuất bột giấy và giấy, sự ảnh hưởng lớn nhất là các chất “nhựa”.
Nhựa cây được biết đến là thành phần hóa học không mong muốn của nguyên liệu.
Thành phần này làm tiêu tốn hóa chất nấu, tẩy trắng. Trong sản xuất, vấn đề về nhựa
đang được quan tâm ngày càng cao nhằm loại bỏ chúng trước khi đưa vào các công
đoạn tiếp theo. Nhựa cây có khả năng kết tụ, gây ảnh hưởng đến quá trình nghiền,
bám dính bề mặt lô, làm bẩn chăn, lưới…và gây khuyết tật (đốm) trên sản phẩm.
Theo một số nghiên cứu, ảnh hưởng của nhựa làm tăng 1 – 2% giá thành sản phẩm.
Vấn đề về nhựa cũng phụ thuộc vào phương pháp sản xuất bột giấy (phương
pháp hóa học hay cơ học). Nhựa được tách ra từ các xơ sợi của bột giấy tại các thời
điểm khác nhau của quá trình chế biến, khi có sự thay đổi pH và nhiệt độ. Nhựa có
thể kết bám vào xơ sợi, chất độn, chất trợ bảo lưu, các thành phần của dịch tráng phủ
và các muối vô cơ hòa tan.
Sự hình thành các chất kết bám được bắt đầu với clo trong quá trình tẩy trắng,
khi liên kết đôi của triglyxerit bị clo hóa. Các chất nhựa đã clo hóa sau đó được tách
ra từ xơ sợi và tích lũy trong nước sử dụng cho sản xuất. Điều này đặc biệt nghiêm
trọng nếu khả năng tuần hoàn nước cao, các chất nhựa sẽ kết tụ và bám trên bề mặt
thiết bị, làm bẩn chăn, lưới…
Vấn đề đặc biệt nghiêm trọng trong quá trình sản xuất bột cơ và nấu sunfit.
Trong quá trình nấu sunfat, dịch nấu có tác dụng xà phòng hóa triglyxerit và giảm
khả năng kết bám của chúng. Tuy nhiên, một số loài gỗ như gỗ dương hay thông
nhiệt đới, có hàm lượng các chất không bị xà phòng hóa cao, vấn đề nhựa vẫn là vấn
đề nghiêm trọng cần giải quyết.
Nhựa cây là những hợp chất có hoạt tính cao, trong quá trình sản xuất, khả năng
tương tác với hóa chất lớn. Nên qua mỗi công đoạn, sự có mặt của nhựa trong dòng
bột sẽ làm tiêu tốn hóa chất, các phản ứng giữa bột và hóa chất xảy ra làm thành
phần và hàm lượng nhựa thay đổi rất lớn qua các công đoạn như: bảo quản nguyên

liệu, công đoạn nấu bột, rửa bột, tẩy trắng, nghiền và xeo giấy.

10


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

1.2.1. Sự biến đổi của các chất trích ly trong quá trình tồn trữ và bảo quản
nguyên liệu giấy
Tồn trữ và bảo quản nguyên liệu trước khi sản xuất được biết đến là phương
pháp làm giảm hàm lượng nhựa với chi phí thấp nhất. Sự biến đổi của nhựa trong
công đoạn này chủ yếu là do phản ứng thủy phân, sự phân hủy sinh học của các chất
trích ly trong các kênh dẫn nhựa và các tế bào nhu mô, với sự tham gia của các vi
sinh vật trong tự nhiên. Tuy nhiên, việc tồn trữ và bảo quản với thời gian quá kéo dài
lại cần diện tích kho bãi chứa lớn. Măt khác ở điều kiện độ ẩm không khí cao, lượng
mưa nhiều nguyên liệu có thể giảm chất lượng do các thành phần xơ sợi cũng bị phân
hủy.
Trong công trình nghiên cứu của Allen và các cộng sự [1], về ảnh hưởng của
quá trình bảo quản đến hàm lượng và thành phần nhựa của cây gỗ dương đã cho
thấy, hàm lượng nhựa trong gỗ dương tươi lớn hơn rất nhiều trong gỗ dương sau 1
năm bảo quản. Trong quá trình bảo quản, các hợp chất của axit béo bị xà phòng hóa,
dễ tan trong nước, nên hàm lượng của chúng trong nguyên liệu (khi xác định bằng
cách trích ly trong dung môi hữu cơ) giảm đáng kể.
Theo Assarsson và các cộng sự [2], nhựa cây của gỗ bulô bị phân hủy trong
quá trình bảo quản, chủ yếu diễn ra do phản ứng thuỷ phân các triglyxerit tạo thành
các axit béo tự do. Các hợp chất như steryl este và nhựa không xà phòng hóa được
nên rất ít bị ảnh hưởng. Phản ứng thuỷ phân glyxerit diễn ra rất nhanh trong vòng 2
tuần đầu, hàm lượng nhựa trong dăm mảnh tiếp tục giảm theo thời gian tồn trữ do sự

phân huỷ của các axit béo và steryl este ( hàm lượng các chất trích ly trong
diclorometan giảm từ 2,2% xuống còn 1,6% sau 4 tuần ).
Nghiên cứu của Adrian [4] đối với mảnh gỗ bạch đàn cho thấy, thời gian bảo
quản nhìn chung không ảnh hưởng nhiều tới tổng hàm lượng các chất tan trong dung
môi diclorometan. Tuy nhiên, tổng hàm lượng nhựa (các axit béo, sterol, steryl este,
triglyxerit) giảm mạnh sau 2 tuần bảo quản, từ 0,11% xuống còn 0,04%. Trong đó,
triglyxerit và steryl este là các hợp chất có hàm lượng giảm nhiều nhất.
Nghiên cứu của Lã Thị Cúc và các cộng sự [12] đối với cả ba loại nguyên liệu
gỗ bạch đàn, keo tai tượng và keo lai đã cho thấy, sau 3 tháng tồn trữ hàm lượng các
chất trích ly đều giảm. Trong đó, bạch đàn là loại nguyên liệu có tỷ lệ giảm hàm
11


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

lượng các chất trích ly cao nhất, từ 41,7% (gỗ 7 tuổi) đến 65,2% (gỗ 6 tuổi). Đối với
gỗ keo tai tượng và keo lai, hàm lượng nhựa giảm ở mức trung bình, tương ứng là
26,3% và 16,5%. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa trong bạch
đàn được chỉ ra trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa trong bạch đàn

Hàm lượng các chất trích ly (%)
Hợp chất
-

4 tuần

8 tuần

12 tuần 15 tuần 20 tuần

Tổng các chất tan trong DCM

30,0

20,0

30,0

28,0

44,0

32,0

Tổng axít béo

0,93

0,32

0,74

0,80

0,71

0,86

Tổng steryl este

6,88

5,76

3,89

2,05

0,95

1,27

Tổng sterol

1,95

2,21

2,84

2,47

1,18

1,55

Tổng triglyxerit

1,38

1,28

1,43

0,60

0,90

0,81

Tổng các chất nhựa

11,14

9,57

8,90

5,92

3,74

4,49

Có thể nhận thấy, tổng hàm lượng các chất nhựa giảm dần khi thời gian bảo
quản tăng. Với thời giản bảo quản khoảng 3 tháng, hàm lượng nhựa giảm khoảng
50%. Các hợp chất triglyxerit, steryl este giảm nhiều hơn [7].

Theo Black [5], công đoạn chuẩn bị nguyên liệu (chặt mảnh và sàng mảnh) có
ảnh hưởng quan trọng đến hàm lượng nhựa. Trong quá trình chặt mảnh gỗ, một số
hợp chất nhựa có trong các kênh dẫn nhựa được ép thoát ra ngoài, tạo thành các hạt
nhỏ và do phần lớn các hạt nhựa này bám lên trên bề mặt mảnh vụn, nên sẽ được loại
bỏ trong quá trình sàng chọn mảnh.
1.2.2. Ảnh hƣởng của nhựa cây đối với quá trình nấu bột giấy
Nấu bột giấy là quá trình nhờ các tác nhân hóa học để loại bỏ lignin ra khỏi xơ
sợi. Trong đó, sự có mặt của các chất nhựa sẽ làm tăng các phản ứng hóa học, tiêu
hao hóa chất nấu, không có lợi cho quá trình nấu bột giấy.
12


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

Trong quá trình nấu bột kraft, phần lớn các hợp chất như axit béo và axit nhựa
đã được xà phòng hóa, hòa tan vào trong dịch nấu cùng với các hợp chất nhựa trung
tính không xà phòng hóa và được loại bỏ theo dịch đen trong công đoạn rửa bột.
Hàm lượng nhựa còn lại trong bột sau nấu và rửa được tìm thấy trong các tế bào nhu
mô hoặc trên bề mặt xơ sợi, nguyên do là sự kết tụ của các chất nhựa với hóa chất
trong dịch nấu, không được loại bỏ khi rửa.
Trong quá trình nấu bột theo phương pháp nấu sunfat, các hợp chất có trong
nhựa cây phản ứng với xút, theo các phản ứng sau:
(Axit béo và axit nhựa tự do) + NaOH → Muối natri (xà phòng) (K1)
Triglyxerit + NaOH → Xà phòng + Glyxerol (K 2)
(Steryl este) + NaOH → Xà phòng + Sterol (K3)
Các phản ứng này diễn ra trên bề mặt các pha rắn/lỏng, với tốc độ phản ứng xếp
theo thứ tự K1>>K2>> K3. Như vậy, axit béo và axit nhựa tự do xà phòng hóa nhanh
nhất, steryl este xà phòng hoá với tốc độ chậm nhất, chậm hơn nhiều so với

triglyxerit.
Một số yếu tố công nghệ như kích thước dăm mảnh, nồng độ kiềm, nhiệt độ bảo
ôn và khả năng thẩm thấu của mảnh có ảnh hưởng đến hiệu quả loại nhựa trong quá
trình nấu, trong đó nồng độ kiềm hoạt tính là yếu tố có ảnh hưởng quan trọng nhất.
Nồng độ kiềm hoạt tính tương đối cao trong giai đoạn cuối của chu kỳ nấu bột, cũng
là yếu tố có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả của quá trình hòa tan nhựa, đặc biệt
đối với các hợp chất có tốc độ xà phòng hoá chậm như steryl este. Trong các quy
trình nấu sunfat cải tiến, nồng độ kiềm hoạt tính ở cuối chu kỳ nấu thường được giữ
ở mức cao hơn giai đoạn đầu cho phép, để nâng cao hiệu suất bột và cải thiện khả
năng tách nhựa.
Việc áp dụng các quy trình rửa bột ở nhiệt độ cao (ở 85oC với máy rửa chân
không hoặc máy rửa kiểu ép, ở 100oC đối với máy rửa thế chỗ dịch, 110oC với thiết
bị phân tán áp lực), đều cho phép tách loại nhựa rất hiệu quả.
Đối với sản xuất bột giấy hiệu suất cao, dăm mảnh nguyên liệu được thẩm thấu
với một số hóa chất như NaOH, NaHSO 3 …Do lượng kiềm sử dụng quá trình thẩm
thấu thường ít, không đủ để gây ra các phản ứng thủy phân triglyxerit và các este
trong thành phần nhựa cây. Tuy nhiên, với môi trường kiềm tính nhẹ cũng tạo điều
kiện cho quá trình phân tán và hòa tan nhựa trong các kênh dẫn nhựa và một phần
13


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

trong tế bào nhu mô. Đặc biệt, trong quá trình nghiền bột cơ, dưới tác dụng của lực
cơ học, phần lớn các tế bào nhu mô bị phá vỡ tạo điều kiện cho nhựa bị ép ra ngoài
và phân tán vào trong pha lỏng. Các chất nhựa sau đó được loại bỏ nhờ quá trình rửa.
Theo một số nghiên cứu, quá trình tách loại nhựa của bột CTMP sẽ hiệu quả
hơn, nếu điều kiện của giai đoạn thẩm thấu như sau: pH, nhiệt độ cao và sử dụng một

số các chất hoạt động bề mặt làm tác nhân giúp quá trình phân tán nhựa và ngăn sự
kết tụ trở lại, bám trên bề mặt xơ sợi.
Theo kết quả nghiên cứu của Lã Thị Cúc và các cộng sự [12], hiệu quả tách loại
nhựa trong quá trình sản xuất bột cơ học vẫn đạt mức tương đối cao (>74% sau giai
đoạn thẩm thấu hoá chất, nghiền, rửa và >87% sau giai đoạn tẩy trắng và rửa).
1.2.3. Ảnh hƣởng của nhựa cây đối với quá trình tẩy trắng bột giấy
Tẩy trắng bột giấy là công đoạn sử dụng các tác nhân hóa học để loại bỏ phần
lignin còn lại sau nấu, làm mất màu một số hợp chất mang màu.
Đối với các hợp chất nhựa, khả năng phân tán rất cao trong các công đoạn xử lý
kiềm, như công đoạn oxy kiềm hay kiềm hóa. Sự có mặt của kiềm dư sau mỗi công
đoạn làm giảm sự kết tụ trở lại của nhựa. Tuy nhiên, vấn đề về sử dụng hóa chất,
giảm tải ra môi trường vẫn đang được chú ý.
Theo kết quả nghiên cứu của Bouchard và cộng sự [9], do không thể thâm nhập
vào trong các tế bào nhu mô chứa nhựa, nên hiệu quả khử nhựa của giai đoạn ôxy
kiềm trong các điều kiện hiện đang được áp dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp
là không đáng kể và thành phần nhựa trong bột gần như không thay đổi trước và sau
giai đoạn tách loại lignin bằng ôxy.
Trong tẩy trắng bằng clo nguyên tố, do có khả năng hoạt tính rất cao nên tác
nhân hóa học này phản ứng rất mạnh với các thành phần của nhựa. Tuy nhiên, các
phản ứng của clo với các liên kết đôi trong axit béo chưa no và triglyxerit lại tạo ra
các sản phẩm có độ kỵ nước cao hơn, dính hơn và khó thuỷ phân hơn [3]. Thông
thường tổng hàm lượng nhựa trong bột sau giai đoạn tẩy trắng bằng clo cao hơn
trước khi tẩy trắng, mặt khác các sản phẩm clo hóa của các chất béo rất khó loại bỏ
trong các công đoạn tẩy trắng tiếp theo.
Dioxit clo có thể phản ứng với các thành phần nhựa không no. Tuy nhiên, do
phản ứng với dioxit clo chỉ diễn ra trên bề mặt không đồng nhất của các hạt nhựa nên
tốc độ phản ứng chậm hơn rất nhiều so với clo nguyên tố. Một số hợp chất nhựa như
14

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

sterol không no, rượu triterpenyl và este của chúng phản ứng mãnh liệt với dioxit clo
theo các phản ứng ôxy hoá tạo ra các sản phẩm chứa các nhóm chức như hydroxyl,
cacbonyl và cacboxyl. Các sản phẩm này thường có tính ưa nước và dễ dàng loại bỏ
khỏi bột giấy trong các giai đoạn trích ly kiềm và rửa bột tiếp theo.
Như đã biết, công đoạn trích ly kiềm cùng với rửa bột thường được sử dụng
giữa các công đoạn tẩy trắng, nhằm mục đích hòa tan lignin đã bị clo hoá và ôxy
hóa, cũng như các chất nhựa đã bị clo hoá và ôxy hóa. Các hợp chất nhựa bị clo hóa
được khử clo một phần trong công đoạn trích ly kiềm và chính quá trình này góp
phần làm cho nhựa có tính ưa nước hơn và dễ hoà tan vào trong dịch rửa hơn.
Giống như ôxy, hydropeoxit không tiếp cận được với nhựa trong các bộ phận
chứa nhựa, mà chủ yếu phản ứng với các hợp chất đã hòa tan vào trong dung dịch.
Một số hợp chất có chứa các liên kết đôi như axit abietic, palustic và levopimaric
thường bị oxy hóa trong quá trình tẩy trắng với hydropeoxit trong môi trường kiềm.
1.2.4. Ảnh hƣởng của nhựa cây trong quá trình sản xuất giấy
Mặc dù, phần lớn các hợp chất nhựa có trong gỗ nguyên liệu đã được loại bỏ
qua các công đoạn của quá trình nấu bột, nhưng một lượng nhỏ nhựa dư (0,12-0,15%
so với bột) có trong bột chưa tẩy trắng hoặc đã tẩy trắng, vẫn gây ra nhiều khó khăn
cho quá trình sản xuất giấy [5].
Đối với nguyên liệu gỗ cứng (gỗ keo, bạch đàn), lượng nhựa dư chủ yếu được
chứa trong các tế bào nhu mô mà các hóa chất nấu, tẩy trắng không xâm nhập vào
được. Như vậy, lượng nhựa này sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất giấy, đặc biệt là
quá trình nghiền bột giấy. Dưới tác dụng của lực cơ học trong quá trình nghiền, các
xơ sợi bị cắt ngắn, tạo điều kiện cho các chất nhựa phân tán huyền phù bột, chúng có
khả năng kết tụ lại và bám trên bề mặt thiết bị, cản trở vận hành của máy nghiền, gây
nên khả năng bám dính của xơ sợi giấy lên thiết bị, giảm năng suất và có thể ngừng
hoạt động của thiết bị.

Ngoài ra, những hạt nhựa còn bám dính trên xơ sợi, cản trở sự liên kết giữa các
xơ sợi, làm giảm độ bền của giấy trong quá trình xeo, gây hiện tượng đứt giấy. Với
sản phẩm giấy, các hạt nhựa gây khuyết tật như đốm, giảm mỹ quan của tờ giấy, tạo
ra vùng giấy không có khả năng bắt mực in, …

15


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

1.3. Nguyên liệu sản xuất bột giấy ở Việt Nam
Hiện nay nước ta sử dụng các loại nguyên liệu gỗ sau, trong đó keo và bạch đàn
là chủ yếu.
Keo tai tượng (Acacia mangium), là loài cây được đưa vào trồng thí điểm ở
nước ta vào những năm 80, hiện nay đang là nguồn nguyên liệu chính của các nhà
máy sản xuất bột giấy và các doanh nghiệp chế biến dăm mảnh xuất khẩu. Khối
lượng riêng của gỗ Keo tai tượng vào khoảng 460 - 500 kg/m3, tùy thuộc vào điều
kiện sinh trưởng và độ tuổi khai thác. Gỗ keo tai tượng có thành phần hóa học trung
bình như sau: 48-50% xenlulozơ, 23-36% lignin, 19-22% pentozan, 3-5% các chất
trích ly và 0,3-0,5% các chất vô cơ. Với thành phần hóa học này, gỗ keo tai tượng rất
phù hợp làm nguyên liệu sản xuất bột giấy. Thực tế cho thấy, nấu bột giấy sunfat với
mức sử dụng kiềm hoạt tính khoảng 20 -22% so với nguyên liệu khô tuyệt đối, có thể
cho hiệu suất bột đạt 46 – 48%. Tuổi khai thác thích hợp nhất đối với keo tai tượng
là khoảng 5-7 tuổi. Đối với các vùng lập địa khác nhau, cấu tạo của gỗ keo tai tượng
có thể khác nhau, thường hay bị rỗng lõi nếu điều kiện lập địa không đủ đáp ứng nhu
cầu sinh trưởng.
Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) hay còn gọi là Tràm bông vàng, được trồng
rộng rãi trên khắp cả nước và cũng là nguồn nguyên liệu sản xuất giấy chủ yếu. Tuy

nhiên thời gian gần đây diện tích keo lá tràm có giảm. Khối lượng thể tích của Keo lá
tràm cao hơn Keo tai tượng và tương đương với gỗ Bạch đàn trắng, dao động trong
khoảng 600 kg/m3. Keo lá tràm có 46-47% xenlulozơ, 20-25% lignin, 19-20%
pentozan và 5-6% các chất trích ly.
Keo lá tràm là loài cây phát triển tương đối nhanh, có thể khai thác ở độ tuổi từ
5-7 năm. Nấu bột giấy sunfat với mức sử dụng kiềm khoảng 20% so với nguyên liệu
khô tuyệt đối, có thể cho bột hiệu suất đạt 45-47 %. Cần chú ý rằng, Keo lá tràm có
hàm lượng các chất trích ly cao, có thể ảnh hưởng xấu tới quá trình xử lý bột giấy
sau khi nấu.
Keo Lai (Acacia mangium x Acacia auriculiformis, Acacia auriculiformis x
Acacia mangium) là giống Keo được lai tự nhiên hoặc nhân tạo giữa Keo tai tượng
và Keo lá tràm, có ưu điểm về sinh trưởng, năng suất, đặc biệt là hàm lượng
xenlulozơ, lignin và pentozan cao hơn so với Keo tai tượng và Keo lá tràm, nhưng

16


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học

Ngô Thị Duyên

Keo lai dễ bị sâu bệnh, khả năng chống chọi gió bão kém. Tỉ trọng gỗ của Keo lai
vào khoảng 500-625 kg/m3. Hàm lượng xenlulozơ vào khoảng 50-51%.
Tương tự như các loài Keo khác, nấu bột sunfat với mức sử dụng kiềm khoảng
20% trong điều kiện thích hợp, có thể cho bột có trị số Kappa khoảng 20 đơn vị và
hiệu suất đạt 49-50%.
Trong số các loài gỗ cứng, thì Bạch đàn là loài cây có khối lượng thể tích tương
đối cao. Ở Việt Nam, hiện phổ biến và phù hợp làm nguyên liệu giấy hơn cả là Bạch
đàn urô (Eucalyptus urophylla)

và Bạch đàn trắng caman (Eucalyptus

camaldulensis). Hai loại cây này có tốc độ sinh trưởng khá nhanh. Bạch đàn urô có
thành phần hóa học phù hợp làm nguyên liệu sản xuất bột giấy, bao gồm 47-48%
xenlulozơ, 23-25% lignin, 19-20% pentozan, 2-3% các chất trích ly và 0,4-0,5% các
chất vô cơ.
Ngoài hai loại Bạch đàn trên, Bạch đàn lai (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus
camaldunensis ), Bạch đàn têrê (Eucalyptus tereticorrnis ) cũng có thể sử dụng làm
nguyên liệu giấy. Cây Bạch đàn có thể phát triển được trong mọi điều kiện khí hậu,
thổ nhưỡng, vùng ngập mặn, đồi trọc..., vì vậy hiện nay gỗ Bạch đàn là loại nguyên
liệu phổ biến cho sản xuất bột giấy.
Bột giấy từ nguyên liệu gỗ Bạch đàn trắng, sản xuất theo phương pháp nấu
sunfat có hiệu suất 45-46%, cao hơn so với bột sản xuất từ một số loại gỗ khác, như
Bồ đề, Mỡ.
Bồ đề (Styrax tonkinensis)là loài cây có nhiều ở miền Bắc nước ta. Trong nhiều
năm qua, tuy Bồ đề được trồng quy mô lớn ở vùng miền Trung, nhưng nhược điểm
canh tác là năng suất chưa cao và làm cho độ phì nhiêu của đất ngày càng xấu, môi
trường ít được cải thiện. Gỗ Bồ đề tương đối đồng nhất, không có lõi, tỷ lệ vỏ thấp,
có hàm lượng xenlulozơ tương đối cao (khoảng 45%), nhưng hàm lượng các chất tan
trong nước và dung dịch kiềm cũng cao, là nguyên liệu tốt cho sản xuất bột giấy. Đối
với loại nguyên liệu này công nghệ nấu bột thích hợp là phương pháp sunfat, hiệu
suất bột có thể đạt 45 - 46%. Mặc dù vậy, hiện nay Bồ đề hoặc Mỡ ít được sử dụng
làm nguyên liệu giấy.
Gỗ lá kim sử dụng cho sản xuất bột giấy bao gồm các loại Thông, Tùng, Tần bì,
…, có hàm lượng nhựa thấp. Ở nước ta, Thông phát triển nhiều ở Tây Nguyên, như
Gia Lai, Kon Tum, Đắk Lắk, Lâm Đồng, chủ yếu là Thông ba lá (Pinus kesiya). Ở
17