Nghiên cứu sản xuất bột giấy cơ học tẩy trắng chất lượng cao từ một số loại gỗ keo của việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

************************
CAO VĂN SƠN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT
BỘT GIẤY CƠ HỌC TẨY TRẮNG CHẤT LƯỢNG CAO
TỪ MỘT SỐ LOẠI GỖ KEO CỦA VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

************************

CAO VĂN SƠN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT GIẤY CƠ HỌC TẨY TRẮNG
CHẤT LƯỢNG CAO TỪ MỘT SỐ LOẠI GỖ KEO CỦA VIỆT NAM

Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 62 52 94 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS DOÃN THÁI HÒA
2. TS ĐÀO SỸ SÀNH

Hà Nội - 2012


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này hoàn
toàn trung thực và chưa sử dụng cho bảo vệ một học vị nào. Các thông tin, tài liệu
trình bày trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc.

Tác giả

Cao Văn Sơn

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả đã được sự quan
tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo Viện công nghiệp Giấy và Xenluylô (nay là Công ty
TNHH Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô), bộ môn Xenluloza và Giấy, Trung tâm
Polyme, Viện sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tác giả xin được bày
tỏ lòng biết ơn sự quan tâm, giúp đỡ quí báu đó.
Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến PGS.TS.
Doãn Thái Hòa, TS. Đào Sỹ Sành - người hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo
và dành nhiều thời gian quí báu giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp
trong quá trình thực hiện luận văn.
Nhân dịp này, xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè và người thân trong gia

đình đã động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong cả quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Xin chân thành cảm ơn.
Tác giả

Cao Văn Sơn

ii


MỤC LỤC
Trang
i
ii
iii
iv
vi

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU
1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY CƠ HỌC
TẨY TRẮNG
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN BỘT GIẤY CƠ HỌC
1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CƠ HỌC TẨY TRẮNG
1.2.1 Công nghệ sản xuất bột nhiệt cơ (TMP)
1.2.2 Công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ (CTMP) và hóa nhiệt cơ tẩy

trắng truyền thống (BCTMP)
1.2.2.1 Phản ứng hóa học trong giai đoạn thẩm thấu nguyên liệu
1.2.2.2 Các phản ứng hóa học trong quá trình tẩy trắng bột giấy cơ học
1.2.3 Công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng cải tiến P-RC-APMP
1.2.3.1 Các ưu điểm của công nghệ P-RC-APMP so với công nghệ
APMP truyền thống và công nghệ BCTMP
1.2.3.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ APMP và P-RCAPMP trên thế giới và trong nước
1.3 ỨNG DỤNG BỘT GIẤY CƠ HỌC TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY

1.3.1 Giấy in báo
1.3.2 Giấy in tạp chí (Supercalendered magazine printing - SC)
1.3.3 Giấy tráng nhẹ (light-weight coated - LWC)
1.3.4 Giấy in, giấy viết
1.3.5 Giấy làm bao bì
1.4 NGUYÊN LIỆU CHO SẢN XUẤT BỘTGIẤY CƠ HỌC

1.4.1 Các loại nguyên liệu dùng cho sản xuất bột giấy cơ học
1.4.2 Gỗ keo Việt Nam – nguyên liệu cho sản xuất bột giấy
1.4.2.1 Keo tai tượng
1.4.2.2 Keo lá tràm
1.4.2.3 Keo lai
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

viii

1
4
4
6

6
7
8
14
20
22
25
26
26
27
27
27
28
28
28
30
30
31
33
35
35


2.1.1 Nguyên liệu gỗ keo tai tượng và keo lai
2.1.2 Hóa chất và thiết bị nghiên cứu
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Xác định thành phần hóa – lý của nguyên liệu
2.2.2 Phương pháp nghiên cứu sản xuất bột giấy P-RC-APMP từ nguyên
liệu gỗ keo lai và keo tai tượng.

2.2.3 Nghiên cứu ứng dụng bột P-RC-APMP cho sản xuất giấy in,
giấy viết
2.2.4 Phân tích tính chất cơ lý của bột giấy và giấy
2.2.5 Xác định lượng dư H2O2 sau tẩy
2.2.6 Xác định kích thước xơ sợi nguyên liệu
2.2.7 Phương pháp xác định hình thái cấu trúc xơ sợi
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT HÓA – LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU GỖ KEO TAI TƯỢNG

35
35
37
37
38
42
43
43
44
44
45
45

VÀ GỖ KEO LAI

3.1.1 Tính chất vật lý của nguyên liệu gỗ keo tai tượng và gỗ keo lai
3.1.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu gỗ keo tai tượng và gỗ keo lai
3.2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY P-

45
46

48

RC-APMP TỪ NGUYÊN LIỆU GỖ KEO TAI TƯỢNG VÀ GỖ KEO LAI

3.2.1 Ảnh hưởng của mức dùng DTPA trong giai đoạn thẩm thấu thứ nhất
tới độ trắng của bột sau quá trình nghiền.
3.2.2 Ảnh hưởng của mức dùng peroxyt – kiềm tới các thành phần hóa học
của bột giấy sau giai đoạn thẩm thấu 2 – nghiền và sau giai đoạn tẩy
trắng.
3.2.3 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm – peroxyt trong quá trình thẩm thấu
2 tới độ trắng và tính chất cơ lý của bột P-RC-APMP từ gỗ keo tai
tượng và keo lai
3.2.3.1 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm – peroxyt trong quá trình thẩm 2
tới độ trắng của bột giấy P-RC-APMP từ gỗ keo tai tượng và keo lai
3.2.3.2 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm – peroxyt trong quá trình thẩm thấu
2 tới tính chất cơ lý của bột giấy P-RC-APMP từ gỗ keo tai tượng
và keo lai
3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu 2 tới chất lượng bột P-RC-APMP
từ gỗ keo tai tượng và keo lai.
3.2.5 Quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa các điều kiện công nghệ của
giai đoạn thẩm thấu 2 cho sản xuất bột P-RC-APMP từ gỗ keo tai
tượng và keo lai.
3.2.5.1 Tối ưu hóa điều kiện thẩm thấu 2 đối với gỗ keo tai tượng
ix

48
51

56

56
58

62
65

66


3.2.5.2 Tối ưu hóa điều kiện thẩm thấu 2 đối với gỗ keo lai
3.2.6 Ảnh hưởng giai đoạn tẩy peroxyt tới chất lượng bột P-RC-APMP từ
gỗ keo tai tượng.
3.2.6.1 Ảnh hưởng của nồng độ tẩy trắng tới độ trắng của bột P-RCAPMP từ keo tai tượng
3.2.6.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ trắng của bột P-RC-APMP từ keo
tai tượng
3.2.6.3 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm tới độ trắng của bột P-RC-APMP
từ keo tai tượng

70
74

3.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘT P-RC-APMP TỪ NGUYÊN LIỆU GỖ KEO TAI

80

75
76
77

TƯỢNG CHO SẢN XUẤT GIẤY IN, GIẤY VIẾT

3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ bột giấy P-RC-APMP tới tính chất cơ lý của
giấy in và giấy viết
3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột BSKP tới tính chất cơ lý của giấy in và
giấy viết
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
PHỤ LỤC

x

81
84
86
88
92
93


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
APMP

Alkaline Peroxide Mechanical Pulping
Công nghệ bột cơ học peroxyt – kiềm

BHKP

Bleached hardwood kraft pulp
Bột kraft gỗ cứng tẩy trắng

BSKP

Bleached softwood kraft pulp
Bột kraft gỗ mềm tẩy trắng

BCTMP

Bleached Chemical Thermo- Mechanical Pulp: Bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Nhu cầu oxy hóa học

CTMP

Chemical Thermo- Mechanical Pulp: Bột hóa nhiệt cơ

CSF

Canadian standard freeness: độ nghiền của bột giấy theo tiêu chuẩn Canada (ml)

DTPA

Diethylene triamine pentaacetic acid

DTPMP

Diethylenetriamine pentamethylene phosphonic acid

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

EDTA

Ethylenediaminetetraacetic acid

FBB

Folding boxboard: Giấy làm bao bì cao cấp

KTĐ

Khô tuyệt đối

LWC

Light-weight coated: Giấy tráng nhẹ

PGW

Pressurized ground wood: Bột gỗ mài áp lực

P-RC-APMP

Pre-conditioning Refiner Chemical Alkaline Peroxide Mechanical Pulping: Công
nghệ bột cơ học peroxyt – kiềm có bổ sung hóa chất trong quá trình nghiền

RMP

Refiner mechanical pulp: Bột nghiền cơ

SC

Supercalendered magazine printing: Giấy in tạp chí có cán láng

SGW

Stone ground wood: Bột gỗ mài

TAPPI

Technical Association of Pulp and Paper Industry: Hiệp hội kỹ thuật giấy Hoa Kỳ

TMP

Thermo- Mechanical Pulp: Bột giấy nhiệt cơ

UHKP

Unbleached hardwood kraft pulp,
Bột kraft gỗ cứng chưa tẩy trắng

USKP

Unbleached softwood kraft pulp
Bột kraft gỗ mềm chưa tẩy trắng

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Sơ đồ khối mô tả công nghệ sản xuất bột giấy TMP

6

Hình 1.2 Một số hợp chất trích ly tồn tại trong gỗ

8

Hình 1.3 Sơ đồ khối mô tả công nghệ sản xuất bột giấy CTMP, BCTMP

9

Hình 1.4 Sơ đồ khối mô tả công nghệ sản xuất bột giấy P-RC-APMP

21

Hình 1.5 Sơ đồ mô tả tạo phức giữa DTPA với Cu+2

23

Hình 2.1 Sơ đồ khối mô tả các bước tiến hành thí nghiệm

39

Hình 3.1 Ảnh hưởng của mức dùng DTPA trong giai đoạn thẩm thấu 01 tới độ
trắng của của bột P-RC-APMP từ keo tai tượng và keo lai

50

Hình 3.2 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới độ trắng của bột P-RCAPMP từ keo tai tượng

57

Hình 3.3 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới độ trắng của bột P-RCAPMP từ keo lai

57

Hình 3.4 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới chiều dài đứt của bột PRC-APMP từ keo tai tượng

58

Hình 3.5 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới chiều dài đứt của bột PRC-APMP từ keo lai

58

Hình 3.6 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới chỉ số xé của bột P-RCAPMP từ keo tai tượng

59

Hình 3.7 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới chỉ số xé của bột P-RCAPMP từ keo lai

59

Hình 3.8 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện thẩm
thấu: 1,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 10 phút

60

Hình 3.9 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện thẩm
thấu: 3,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 10 phút

60

Hình 3.10 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện
thẩm thấu: 1,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 10 phút

61

iv


Hình 3.11 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện
thẩm thấu: 3,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 10 phút

61

Hình 3.12 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới chỉ số bục của bột PRC-APMP từ keo tai tượng

61

Hình 3.13 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH và H2O2 tới chỉ số bục của bột P-RCAPMP từ keo lai

61

Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu tới độ trắng của bột P-RC-APMP
từ keo tai tượng

62

Hình 3.15 Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu tới độ trắng của bột P-RC-APMP
từ keo lai

62

Hình 3.16 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện
thẩm thấu: 1,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 25 phút

64

Hình 3.17 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện
thẩm thấu: 3,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 25 phút

64

Hình 3.18 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện
thẩm thấu: 1,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 25 phút

64

Hình 3.19 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo lai với các điều kiện
thẩm thấu: 3,5%NaOH, 6%H2O2 thời gian 25 phút

64

Hình 3.20 Hình thái xơ sợi mẫu bột BCTMP từ keo tai tượng

78

Hình 3.21 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo tai tượng

78

Hình 3.22 Hình thái xơ sợi mẫu bột BCTMP từ keo tai tượng

79

Hình 3.23 Hình thái xơ sợi mẫu bột P-RC-APMP từ keo tai tượng

79

v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của bột TMP và CTMP

7

Bảng 1.2 So sánh chất lượng bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng từ gỗ dương (aspen)

24

Bảng 3.1 Tính chất vật lý của gỗ keo tai tượng và keo lai

46

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của gỗ keo tai tượng và keo lai

47

Bảng 3.3 Tỷ lệ chất tan của gỗ keo tai tượng và keo lai trong một số dung môi

47

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của mức dùng DTPA trong giai đoạn thẩm thấu 1 tới lượng
dư H2O2 trong dịch sau tẩy.

49

Bảng 3.5 Các điều kiện công nghệ thay đổi trong giai đoạn thẩm thấu 2 đối với
nguyên liệu gỗ keo tai tượng.

51

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của mức dùng peroxyt – kiềm, thời gian thẩm thấu tới
thành phần hóa học của bột giấy P-RC-APMP từ nguyên liệu gỗ
keo tai tượng

52

Bảng 3.7 Các điều kiện công nghệ thay đổi trong giai đoạn thẩm thấu 2 đối với

nguyên liệu gỗ keo lai.

54-55

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của mức dùng peroxyt – kiềm, thời gian thẩm thấu 2 tới
thành phần hóa học của bột giấy P-RC-APMP từ nguyên liệu gỗ keo
lai

55

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu 2 tới tính chất cơ lý của bột P-RCAPMP với mức dùng 1%NaOH và 6%H2O2

63

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu 2 tới tính chất cơ lý của bột PRC-APMP với mức dùng 5%NaOH và 6%H2O2

65

Bảng 3.11 Mã hóa các biến thí nghiệm thực nghiệm

66

Bảng 3.12 Kết quả các mẫu thực nghiệm đối với keo tai tượng

67

Bảng 3.13 Các số liệu thực nghiệm trên mô hình đối với keo tai tượng

67

Bảng 3.14 Các số liệu tính toán trên mô hình đối với keo tai tượng

68

Bảng 3.15 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên đối với keo tai
tượng

70

vi


Bảng 3.16 Kết quả các mẫu thực nghiệm đối với keo lai

70

Bảng 3.17 Các số liệu thực nghiệm trên mô hình đối với keo lai

71

Bảng 3.18 Các số liệu tính toán trên mô hình đối với keo lai

72

Bảng 3.19 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên đối với keo lai

73

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của nồng độ tẩy tới độ trắng của bột P-RC-APMP

76

Bảng 3.21 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình tẩy trắng tới độ trắng của
bột P-RC-APMP

76

Bảng 3.22 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH trong giai đoạn tẩy trắng tới độ
trắng của bột P-RC-APMP từ gỗ keo tai tượng

77

Bảng 3.23 Tính chất cơ lý của bột giấy P-RC-APMP và BCTMP từ nguyên liệu
gỗ keo tai tượng

78

Bảng 3.24 Tính chất cơ lý bột P-RC-APMP từ một số loại bạch đàn Nam Mỹ

79

Bảng 3.25 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột giấy P-RC-APMP tới tính chất của mẫu
giấy

82

Bảng 3.26 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột BSKP tới tính chất của giấy in

84

vii


MỞ ĐẦU
Hiện nay trên thế giới bột giấy cơ học, đặc biệt là bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng được
sử dụng ngày càng nhiều trong quá trình sản xuất các loại giấy: giấy làm hộp, giấy in
báo và các sản phẩm giấy in và giấy viết... Ngoài các yếu tố quan trọng là giá thành hạ,
giảm bớt sử dụng nguyên liệu gỗ, bột giấy cơ học còn góp phần cải thiện những chỉ tiêu
chất lượng quan trọng của sản phẩm giấy so với sử dụng bột hóa học: độ đục, độ nhẵn,
khả năng in ấn cao…
Để sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng, bên cạnh công nghệ BCTMP thì ngày nay
trên thế giới đang có xu hướng chuyển sang sử dụng công nghệ kiềm – perôxyt (APMP).
Thực chất, công nghệ sản xuất bột APMP là công nghệ BCTMP cải tiến, thay vì dăm
mảnh trước khi đưa vào nghiền chỉ được thẩm thấu bằng dung dịch (Na2SO3 hoặc
(Na2SO3+ NaOH) hoặc NaOH) thì dăm mảnh được thẩm thấu bằng dung dịch kiềm –
perôxyt (NaOH + H2O2). Song song với quá trình trích ly nhựa, làm trương nở, mềm hóa
dăm mảnh thì quá trình tẩy trắng dăm mảnh cũng diễn ra trước khi nguyên liệu được đưa
vào nghiền.
Với công nghệ APMP, bột giấy thu được cho chất lượng tốt hơn, có khả năng tẩy
bột đến độ trắng cao, tiết kiệm năng lượng nghiền, giảm thiểu tải lượng COD và BOD
trong nước thải và đặc biệt công nghệ này rất thích hợp đối với gỗ cứng và cả các
nguyên liệu theo niên vụ. Ngày nay phần lớn các dây chuyền bột cơ học từ gỗ cứng đều
sử dụng công nghệ APMP và công nghệ cải tiến từ APMP như P-RC-APMP.
Ở Việt Nam, bột giấy cơ học cũng đã được sản xuất và sử dụng từ khá lâu tại Công
ty giấy Tân Mai (nay là Công ty cổ phần tập đoàn Tân Mai) với công suất 40.000 tấn
bột giấy/năm, sản phẩm chủ yếu là bột giấy dùng cho sản xuất giấy in báo phục vụ tiêu
dùng trong nước. Tiền thân của dây chuyền hiện nay là dây chuyền TMP sử dụng
nguyên liệu là gỗ thông nhập khẩu. Tuy nhiên đến đầu những năm 2000, do giá nguyên
liệu nhập khẩu tăng cao, gỗ thông trong nước không đáp ứng được yêu cầu của sản xuất
nên nhà máy đã cải tiến công nghệ, chuyển thành BCTMP và nghiên cứu sử dụng

nguyên liệu gỗ keo lai thay cho gỗ thông. Các sản phẩm bột BCTMP từ gỗ keo lai đã
đáp ứng được nhu cầu cho sản xuất giấy in báo và một phần cho sản xuất giấy in, giấy
viết. Mặc dù đã có nhiều cải tiến về công nghệ, tẩy trắng hai giai đoạn với mức dùng
hóa chất khá cao song chất lượng bột BCTMP của nhà máy hiện nay vẫn còn thấp (độ
trắng chỉ đạt tối đa 75%ISO, chiều dài đứt >2700 m) và không ổn định.
Từ năm 2004, Viện công nghiệp Giấy – Xenluylô (nay là Công ty TNHH Viện
công nghiệp Giấy – Xenluylô) cũng đã bắt đầu đã có những nghiên cứu nhằm nâng cao
chất lượng bột BCTMP từ gỗ keo lai (độ trắng đạt 77,5%ISO; chỉ số độ bền xé 3,85
mN.m2/g, chiều dài đứt 3520 m) [1]. Để nâng cao chất lượng bột hơn nữa, những nghiên
cứu ban đầu về công nghệ APMP cũng đã được tiến hành. Theo kết quả nghiên cứu của
Vũ Quốc Bảo và cộng sự, khi sử dụng nguyên liệu là keo tai tượng và bạch đàn
urophylla, độ trắng của bột APMP thu được khoảng 75 – 77%ISO, chỉ số độ bền xé 3,9
1


– 4,1 mNm2/g; chiều dài đứt đạt 3598 – 3882 m, chỉ số bục đạt 2,0 – 2,2 kPa.m2/g [2].
Một trong các cải tiến mới nhất của công nghệ APMP là công nghệ P-RC-APMP đã
được nghiên cứu, ứng dụng ở một số nước trên thế giới với các loại nguyên liệu khác
nhau song đối với nguyên liệu gỗ cứng (keo, bạch đàn...) ở Việt Nam chưa có công trình
nghiên cứu, ứng dụng nào được công bố.
Cây gỗ keo (Acacia) được phân bố chủ yếu ở khu vực Châu Á, Châu Đại Dương
và ở Úc. Ở Việt Nam một số loài được du nhập từ những năm 1960. Sau nhiều năm
nghiên cứu chọn lọc, lai tạo, trồng thử nghiệm một số loài đã trở thành cây trồng chủ
lực trong trồng rừng lâm nghiệp ở Việt Nam. Các nghiên cứu về tiềm năng sản xuất bột
giấy cũng đã từng bước được tiến hành. Các nghiên cứu và thực tế sản xuất ở Việt Nam
đã khẳng định keo lai, keo tai tượng và keo lá tràm là nguyên liệu tốt cho sản xuất bột
giấy hóa học. Tuy nhiên, mới chỉ có một số ít các nghiên cứu được tiến hành và áp
dụng vào sản xuất bột giấy cơ học tẩy trắng, chất lượng bột thu được nhìn chung còn
thấp, không ổn định.
Trong vài năm trở lại đây, bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng đã được nhiều doanh nghiệp

Việt Nam quan tâm và đầu tư như Công ty cổ phần Tập đoàn Tân Mai với 2 dây chuyền
BCTMP mới tại Kon Tum, Quảng Ngãi với công suất lên tới 260.000 tấn/năm; Công ty
cổ phần giấy Thanh Hóa với dây chuyền P-RC-APMP công suất 130.000 tấn/năm và dây
chuyền P-RC-APMP của nhà máy Phương Nam công suất 100.000 tấn/năm nhằm sử
dụng các nguồn nguyên liệu giấy dồi dào trong nước góp phần vào việc giảm tỷ lệ mất
cân đối trong sản xuất bột giấy và sản xuất giấy, hạn chế sự phụ thuộc vào bột giấy nhập
khẩu và đặc biệt là giảm sản lượng xuất khẩu dăm mảnh thô (năm 2011 xuất khẩu 5,4
triệu tấn: nguồn Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam - 2011). Mặc dù vậy, các nghiên
cứu nhằm ứng dụng công nghệ sản xuất bột cơ học mới đối với các nguồn nguyên liệu
trong nước còn rất hạn chế, điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sản xuất của nhà
máy sau này.
Việc tiếp tục nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực sản xuất bột
hóa nhiệt cơ tẩy trắng nhằm nâng cao chất lượng từ gỗ keo lai, keo tai tượng trong nước
đáp ứng yêu cầu cho quá trình sản xuất các sản phẩm giấy, đặc biệt là giấy in, giấy viết
không chỉ có ý nghĩa về học thuật, mà còn rất có ý nghĩa trong sản xuất công nghiệp ở
Việt Nam.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu xác lập các điều kiện công nghệ tối ưu nhằm nâng cao chất lượng
bột giấy cơ học tẩy trắng (P-RC-APMP) từ nguyên liệu gỗ keo lai, keo tai tượng
trong nước, đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất giấy in, giấy viết. Chất lượng bột
giấy đạt: độ trắng ≥ 80%ISO; chiều dài đứt ≥ 4500 m, chỉ số xé ≥ 4 mN.m2/g, chỉ
số bục ≥ 2 kPa.m2/g

2


NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• Phân tích các tính chất vật lý và thành phần hóa học của nguyên liệu gỗ keo lai và
keo tai tượng;
• Nghiên cứu xác lập chế độ công nghệ sản xuất bột P-RC-APMP chất lượng cao từ

nguyên liệu gỗ keo tai tượng, keo lai trong nước;
• Nghiên cứu sử dụng bột P-RC-APMP từ gỗ keo cho sản xuất giấy in, giấy viết.
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• Bổ sung thông tin về công nghệ sản xuất bột P-RC-APMP từ các loại nguyên liệu
gỗ cứng
• Là công trình nghiên cứu có hệ thống và khoa học đầu tiên ở Việt Nam về công
nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng peroxyt – kiềm có bổ sung hóa chất
trong giai đoạn nghiền từ nguyên liệu là gỗ keo lai và keo tai tượng (trồng ở vùng
trung tâm nguyên liệu giấy) của Việt Nam.
• Đã phát hiện và giải quyết được một số vấn đề về mối quan hệ giữa mức dùng
hóa chất và chất lượng bột trong giai đoạn thẩm thấu hóa chất và nghiền bột. Qua
đó xác lập được quy trình công nghệ tối ưu cho phép sản xuất được loại bột có
chất lượng phù hợp cho sản xuất một số loại giấy in, giấy viết.
• Là nghiên cứu bước đầu và cũng là đầu tiên ở Việt Nam sử dụng bột hóa nhiệt cơ
tẩy trắng (P-RC-APMP) từ nguyên liệu gỗ cứng trong nước cho quá trình sản
xuất giấy in, giấy viết đáp ứng các tiêu chuẩn quốc gia về giấy in và giấy viết.
Kết quả nghiên cứu cho thấy nguyên liệu gỗ keo lai và keo tai tượng trong nước
hoàn toàn có thể sử dụng làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất bột cơ học
tẩy trắng sử dụng công nghệ P-RC-APMP.

3


1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY
CƠ HỌC TẨY TRẮNG
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN BỘT GIẤY CƠ HỌC
Trong công nghiệp sản xuất bột giấy, có hai phương pháp sản xuất chính là
phương pháp hoá học (phương pháp axít và phương pháp kiềm) và phương pháp cơ học.
Theo phương pháp hoá học sử dụng tác nhân hóa học để tách loại lignin nhằm thu bột
giấy chứa chủ yếu là xenluloza. Đối với bột giấy cơ học thì xơ sợi được tách ra bằng

phương pháp cơ học (mài hoặc nghiền) nên các thành phần hóa học trong xơ sợi gần như
còn giữ nguyên. Hiệu suất thu hồi bột đối với bột cơ học rất cao đạt từ 85 – 98%, chi phí
thấp đồng thời bột có những tính chất mà bột hóa học không có như độ đục rất cao, khả
năng thấm hút mực in tốt nên thường được sử dụng trong một số sản phẩm như: giấy in
báo, giấy in tạp chí cao cấp (SC), giấy in tạp chí có tráng nhẹ (LWC), giấy dán tường,
giấy làm bao bì (FBB), giấy in giấy viết thông thường...
Nhìn chung công nghệ sản xuất bột cơ học đã có bề dầy lịch sử hơn 150 năm và
luôn được cải tiến và phát triển không ngừng, cho ra đời những công nghệ và thiết bị
hiện đại, tiên tiến phù hợp với nhiều loại nguyên liệu và đáp ứng được yêu cầu ngày
càng cao về các sản phẩm giấy của người tiêu dùng.
Công nghệ sản xuất bột cơ học đầu tiên bắt đầu bằng ý tưởng của J. Ch. Shäffer
người Đức ngay đầu thế kỷ 18 khi ông phát hiện ra mùn cưa và các sản phẩm thừa từ gỗ
đem nghiền nhỏ có thể sản xuất giấy. Tuy nhiên, mãi sau này ý tưởng này mới được thừa
nhận, khi Friedrich Gottlod Keller (1816-95) và Charles Fenerty (1821-92) khám phá ra
bột gỗ nghiền và lần đầu tiên được áp dụng cho sản xuất giấy bìa. Năm 1843, Keller cho
ra đời thế hệ máy đầu tiên với lô mài bằng đá và hoạt động bằng tay quay.
Trải qua nhiều năm, từ nguyên mẫu ban đầu đã có rất nhiều cải tiến. Từ năm
1852 đến 1867, Heninrich Voelter và Jonhann Matthäus Voith đã phát triển thành một
hệ thống sản xuất hoàn chỉnh bao gồm bộ phận mài bột, bột phận sàng lọc và bộ phận
tách nước khỏi bột giấy. Năm 1867 hệ thống này đã được giới thiệu tại hội chợ quốc tế ở
Paris. Cũng trong khoảng thời gian này đã có hơn 20 dây chuyền được lắp đặt tại Châu
Âu.
Năm 1880 đánh dấu một bước cải tiến mới trong công nghệ bột gỗ mài bằng sự
xuất hiện hệ thống máy mài ở nhiệt độ cao với sự dẫn động bằng động cơ hơi nước tại
Mỹ, công suất và chất lượng bột được cải thiện rất nhiều.
Hầu hết các thế hệ máy mài thời gian này hoạt động gián đoạn, nạp liệu kiểu ống
thủy lực, công suất nhỏ. Tuy nhiên năm 1922, lần đầu tiên xuất hiện thế hệ máy mài với
cơ cấu nạp liệu kiểu xích cho phép quá trình sản xuất diễn ra liên tục, chiều dài khúc gỗ
có thể đạt tới 1m, đường kính lô mài đến 1,5m do hãng Voith thiết kế được lắp đặt tại
Schongau. Hệ thống thiết bị và công nghệ này liên tục được cải tiến, tăng quy mô và khả

4


năng tự động hóa, tới năm 1984, hãng Voith đã cải tiến thành công nghệ bột nhiệt mài
(TGM).
Một hệ thống mài khác được công ty Great Northern – Waterous – Tempella –
Valmet thiết kế và sản xuất với hệ thống hai buồng nạp liệu và được lắp đặt đầu tiên ở
đông Millinocket năm 1926. Sau nhiều thời gian thăng trầm, ngày nay hãng sản xuất
thiết bị này được biết đến với cái tên Valmet. Nguyên lý chung của máy mài bột cơ học
từ sơ khai đến hiện đại về cơ bản không thay đổi: các khúc gỗ được nạp vào buồng chứa
nguyên liệu dọc theo chiều rộng của lô mài, một xy lanh có tác dụng tạo áp lực ổn định
nén khối gỗ luôn tỳ sát lên bề mặt của lô mài. Lô mài có cấu tạo đặc biệt từ các phiến đá
mài nhám được dẫn động bởi một động cơ có công suất đủ lớn, dưới tác dụng chuyển
động quay của lô mài do lực ma sát giữa bề mặt lô mài và bề mặt của khúc gỗ (theo
chiều dọc khúc gỗ) xơ sợi được bóc tách ra. Tính đến năm 1960 hầu hết bột cơ học được
sản xuất theo quy trình bột gỗ mài.
Mặc dù công nghệ sản xuất bột gỗ mài liên tục phát triển, công suất và chất
lượng ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên nhược điểm của công nghệ này là chiếm
nhiều diện tích, công suất của dây chuyền và chất lượng còn hạn chế, công việc sản xuất
đá mài khá phức tạp nên không thích hợp với những dây chuyền, nhà máy đòi hỏi công
suất lớn. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, phù hợp với yêu cầu của thực
tế sản xuất, một thế hệ thiết bị mới cho lĩnh vực sản xuất bột cơ học đã ra đời – máy
nghiền sản xuất bột cơ học dạng đĩa.
Sau năm 1960 một loạt các thế hệ máy nghiền bột cơ học dạng đĩa tiên tiến của
các hãng trên thế giới ra đời đáp ứng nhu cầu của các nhà sản xuất như: hãng C.E. Bauer
với các máy nghiền có công suất từ 8.000 - 15.000 hp đường kính đĩa nghiền từ 1,0 –
1,2m đến 1,37 – 1,52m; hãng Sprout – Waldron với các máy nghiền có đường kính 45 –
54 inch và công suất 10.500 – 16.000 hp; hãng Sunds Defibrator với các máy nghiền có
công suất lên tới 18.000hp, đường kính 54 inch; hãng Jylhavaara với các máy nghiền có
công suất 2,5MW, tốc độ 1500v/phút, đường kính đĩa nghiền lên tới 1,37m; liên doanh

giữa Sunds AB và Bauer là hãng mới thành lập dựa trên sự hợp tác về bản quyền của
Sunds Defibrator sản xuất ra thế hệ máy nghiền dạng đĩa kép, sản phẩm này được cung
cấp chủ yếu cho các nhà máy thuộc khu vực Scandinavian, Châu Âu, Úc; hợp tác giữa
hãng Enso-Gutzeit Oy và Bauer cho ra đời liên doanh Enso-Gutzeit Oy và Bauer với các
máy nghiền có công suất lên tới 7,0MW ngoài ra còn một số hãng như Jones Division;
Hymac Ltd; Sprout Waldron-Bauer và đặc biệt là hãng Andritz là một hãng tuy xuất
hiện muộn, các thế hệ máy nghiền của hãng được phát triển dựa trên sự nhượng bản
quyền của các hãng khác. Tuy nhiên hiện nay rất nhiều các dây chuyền sản xuất bột cơ
học trên thế giới sử dụng thiết bị và công nghệ của hãng Andritz. Đến năm 1980, khoảng
trên 50% lượng bột cơ trên thị trường quốc tế được sản xuất theo phương pháp nghiền và
hiện nay bột cơ chủ yếu được sản xuất theo phương pháp nghiền.
Do sự phát triển vượt bậc về máy móc thiết bị nên công nghệ sản xuất bột giấy
cơ học đã có bước ngoặt lịch sử, hầu hết các dây chuyền bột từ 1980 trở lại đây đều sử
5


dụng thiết bị là máy nghiền đĩa thay thế cho các máy mài bột cơ nhằm đáp ứng các nhu
cầu về công suất, chất lượng sản phẩm. Với sự ra đời của máy nghiền đã thúc đẩy và
phát triển các công nghệ sản xuất bột cơ học mới như: bột cơ nghiền (RMP); bột nhiệt
cơ (TMP); bột hóa nhiệt cơ (CTMP); bột hóa cơ (CMP); bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng
(BCTMP); bột peroxyt - kiềm (APMP)…với mục đích làm tăng tính chất cơ lý của bột,
tiết kiệm năng lượng nghiền, tăng hiệu suất thiết bị và giảm tới mức tối đa chi phí sản
xuất. Tuy nhiên hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng ba công nghệ chính đó là TMP;
CTMP (hoặc BCTMP) và APMP [3, 4, 5].

1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY CƠ HỌC TẨY TRẮNG
1.2.1 Công nghệ sản xuất bột nhiệt cơ (TMP)
Dăm mảnh
gỗ (1)

Silo chứa
mảnh (2)

Thu hồi hơi,
nhiệt (11)

Hơi

Rửa mảnh
(3)

Nước ấm

Xông hơi và
gia nhiệt (4)

Hơi LP

Nghiền sơ và
thứ cấp (5)

Sàng và làm
sạch (6)

Nghiền
bột thải (10)

Cô đặc
(7)

Tới phân
xưởng giấy (9)

Sấy và đóng
kiện (8)
Hình 1.1 Sơ đồ khối mô tả công nghệ sản xuất bột giấy TMP [3].

6


Bột nhiệt cơ TMP là cải tiến đầu tiên của hệ thống sản xuất bột theo công nghệ
nghiền dăm mảnh RMP, sản phẩm được sử dụng rộng rãi cho sản xuất giấy in báo và các
loại bìa với chất lượng khá tốt. Mấu chốt của công nghệ TMP là sử dụng hơi nước ở
nhiệt độ và áp suất cao gia nhiệt cho khối dăm mảnh tới nhiệt độ khoảng 900C trước khi
nạp vào máy nghiền, nhiệt độ trong suốt quá trình nghiền được giữ trong khoảng 120 –
1300C. Tại nhiệt độ này các đại phân tử lignin có xu hướng dẻo hóa, và “mềm” ra thuận
lợi cho quá trình tách xơ sợi, hạn chế sự gẫy vụn và giảm tỷ lệ xơ sợi mịn, tăng tỷ lệ các
xơ sợi dài, cải thiện và gia tăng số lượng các nhóm hydroxyl tăng cường khả năng liên
kết hydro [6]. Nếu nhiệt độ nghiền tăng quá 1400C, đặc biệt tại nồng độ cao sẽ dẫn đến
trạng thái thủy tinh của phân tử lignin tại lớp vách S1 của tế bào xơ sợi, điều này sẽ làm
tăng khả năng gẫy vụn của xơ sợi, tăng tỷ lệ xơ sợi mịn, làm giảm tính chất cơ lý và hiệu
suất thu hồi bột. Điều kiện nghiền này cũng đúng đối với công nghệ bột RMP, CTMP,
APMP…Công nghệ TMP không chỉ giúp tăng năng suất, chất lượng sản phẩm mà dưới
tác dụng của nhiệt độ cũng làm giảm tiêu hao năng lượng nghiền [3]. Nguyên liệu dùng
cho sản xuất bột TMP chủ yếu là gỗ lá kim. Đối với loại nguyên liệu này, bản thân gỗ
khá “mềm”, trắng và xơ sợi khá dài.
Nhìn chung một một dây chuyền sản xuất bột TMP thường gồm các công đoạn
chính như chuẩn bị nguyên liệu (bóc vỏ gỗ, chặt mảnh, sàng mảnh, rửa mảnh, xông hơi
gia nhiệt dăm mảnh); nghiền dăm mảnh tạo bột; sàng chọn và làm sạch; sấy, bao gói và
hệ thống thu hồi nhiệt. Sơ đồ khối mô tả công nghệ TMP được đưa trong hình 1.1.

1.2.2 Công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ (CTMP) và hóa nhiệt cơ tẩy
trắng truyền thống (BCTMP)
Với các cải tiến về thiết bị, chế độ công nghệ, nhìn chung chất lượng bột TMP
được cải thiện rõ rệt, tuy nhiên trước những đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng giấy
(độ bền cơ lý, độ trắng của giấy), tốc độ máy xeo ngày càng cao nên yêu cầu về độ bền
cơ lý của bột giấy cơ học cũng ngày càng khắt khe hơn. Để đáp ứng điều này, bên cạnh
kế thừa các thành quả của công nghệ TMP, dăm mảnh nguyên liệu ngoài được xông hơi
gia nhiệt sẽ được thẩm thấu với dung dịch hóa chất mang tính kiềm trong một thời gian
và ở một nhiệt độ nhất định. Đây chính là tiền đề của công nghệ bột hoá nhiệt cơ
(CTMP), nhìn chung chất lượng bột tốt hơn so với bột TMP như tỷ lệ xơ sợi dài cao
hơn, độ bền của bột được cải thiện đáng kể (bảng 1.1).
Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của bột TMP và CTMP *[7]

Chỉ số kỹ thuật
Mức dùng Na2SO3, % gỗ KTĐ
Độ nghiền, CSF
Tỷ trọng, kg/m3
Chỉ số bục, kPa.m2/g
Độ dài đứt, m
Chỉ số xé, mN.m2/g
Độ trắng, %ISO

TMP
0
100
405
2,35
4200
8,6
53

*từ nguyên liệu gỗ vân sam, CTMP xử lý ở pH = 9,5; thời gian 3 phút tại nhiệt độ 1250C

7

CTMP
4,6
100
445
2,9
5350
8,4
57


Thành phần hóa học của gỗ chứa phần lớn là xenluloza (42 ÷ 51% khối lượng
đối với gỗ cứng và 42 ÷ 46% khối lượng đối với gỗ mềm); lignin (20 ÷ 26% khối lượng
đối với gỗ cứng và 26 ÷ 31% khối lượng đối với gỗ mềm) và hàm lượng các chất trích ly
(3 ÷ 8% khối lượng đối với gỗ cứng và 10 ÷ 25% khối lượng đối với gỗ mềm). Đối với
gỗ mềm thường dùng hóa chất thẩm thấu là natri sunphít (Na2SO3, với mức dùng là 2 –
4% trong môi trường pH = 9-10, nhiệt độ 120-1400C trong thời gian 2 -15 phút) còn đối
với gỗ cứng thường dùng natri hydroxyt (NaOH, với mức dùng 2 -5%, pH = 12 -13, thời
gian 5 – 30 phút, nhiệt độ 60 - 1200C) [3]. Dưới tác dụng của hoá chất các hợp chất
trích ly, hợp chất có phân tử lượng thấp và một phần lignin sẽ bị hoà tan, song tác dụng
quan trọng nhất là làm suy yếu các liên kết vật lý, hóa học các lớp ngoài của tế bào gỗ
làm cho dăm mảnh gỗ trở nên “ mềm ” hơn, quá trình nghiền sẽ dễ dàng hơn và xơ sợi ít
bị vụn gẫy hơn.
H3C

CH3

COOH

CH3

CH CH2CH2

CH3

CH3

CH2

CH
CH3

CH3

CH3

CH

CH

CH3

b- Sitosterol unsaponifiable
CH3

a- Axit nhựa abietic

HO
CH CH

H3C

HO

C O
axit béo
e - Ester axit

CH3

d – α Pinene terpene

c - Pinisylvin phenol
O

axit béo

C

CH3 (CH2)4CH CHCH2CH CH(CH2)7COOH
f – Axit linoleic

Hình 1.2 Một số hợp chất trích lý tồn tại trong gỗ [3]

Mảnh nguyên liệu sau khi được thẩm thấu sẽ được ép vắt tách bớt dịch đen trước
khi nạp vào hệ thống máy nghiền. Quá trình nghiền thường tiến hành 02 cấp (sơ cấp và
thứ cấp) tại nồng độ cao từ 25 ÷ 35%. Tùy theo yêu cầu chất lượng bột, độ trắng của bột

mà dây chuyền có lắp thêm hệ thống tẩy trắng bột gồm 1 hoặc 2 giai đoạn sau công đoạn
sàng chọn và làm sạch (bột BCTMP). Sơ đồ khối mô phỏng công nghệ CTMP được
trình bày ở hình 1.3.
1.2.2.1 Phản ứng hóa học trong giai đoạn thẩm thấu nguyên liệu
a. Phản ứng của các hợp chất trích ly trong giai đoạn thẩm thấu
Ngoài các cấu tử chính của thành tế bào là xenluloza, hemixenluloza và lignin gỗ
cũng như các thực vật nói chung đều chứa một hàm lượng nhất định các chất trích ly.
Các chất trích ly này là nhóm các chất có thể hòa tan được trong dung môi nước hoặc
dung môi hữu cơ.
8


Dăm mảnh
gỗ (1)

Silô chứa
mảnh (2)

Rửa mảnh
(3)

Nước ấm

Xông hơi và
gia nhiệt (4)

Hơi LP

Thẩm thấu
hóa chất (5)

Thu hồi hơi,
nhiệt (13)

Hơi

NaOH (Na2SO3)
hoặc (NaOH +
Na2SO3); Hơi LP

Nghiền sơ và
thứ cấp (6)

Sàng và làm
sạch (7)

Nghiền
lại (12)

Rửa và cô đặc
(8)

Tẩy trắng
bột giấy (9)

Rửa và cô đặc
(10)

Tới phân xưởng
giấy (14)

Sấy và đóng
kiện (11)
Hình 1.3 Sơ đồ khối mô tả công nghệ sản xuất bột giấy CTMP, BCTMP [3].

Các chất trích ly thường được phân chia theo các nhóm [8]:
+ Hợp chất béo gồm: n-alkan (CH3-(CH2)n-CH3 với n = 8÷30); este của glycerin;
alcol (CH3-(CH2)n-CH2OH với n = 16 ÷ 22); axit béo (như axit no lauric C11H23COOH,
9


axit myristic C13H27COOH, axit palmitic C15H31COOH, axit stearic C17H35COOH, axit
lignoceric C23H47COOH…và axit không no như oleic C17H33COOH, linoleic
C17H31COOH, pinoleic C17H29COOH…); sáp (este của các loại rượu khác)…
+ Các hợp chất dẫy tecpen: về hình thức có thể coi là sản phẩm kết hợp của hai
hoặc nhiều phân tử 2-metylbutadien (C5H8) gồm: monotecpen (C10H16); sesquitecpen
(C15H24), ditecpen (C20H32); tritecpen (C30H48)…và polytecpen
+ Các hợp chất sterol: là rượu bậc hai chứa từ 27 ÷ 29 nguyên tử cacbon trong
phân tử: β-sitosterol, betulinol, serratendiol, xycloartenol, tremulon…
+ Ngoài ra còn một số hợp chất phenol khác như flavonoid, lignin, stilben;
cacbonhydrat như đường; oligosaccarit; hợp chất chứa nitơ; một số chất vô cơ…
Trong môi trường kiềm, nhiệt độ cao các hợp chất trích ly trên có thể bị chuyển
hóa hoặc phân hủy. Nhìn chung các chất béo, sáp với cấu tạo este sẽ bị thủy phân (xà
phòng hóa) tạo thành các muối natri. Este của axit béo với sterol cũng như các dẫn xuất
alcol của tritecpenoit cũng bị xà phòng hóa chậm [5, 8].
b. Phản ứng của lignin trong giai đoạn thẩm thấu
Phân tử lignin có cấu tạo rất phức tạp có đặc tính thơm, được tạo nên từ khung
của đơn vị mắt xích phenyl propan. Các mắt xích này được liên kết với nhau theo nhiều
dạng liên kết. Trong lignin chứa rất nhiều nhóm chức: metoxyl, hydroxyl phenol,
hydroxyl benzylic, ete benzylic dạng mở, cacbonyl...Do vậy trong quá trình thẩm thấu
hóa chất bằng dung dịch kiềm sẽ có nhiều dạng phản ứng hóa học diễn ra.

 Các phản ứng của lignin đối với Na2SO3: Khi hóa chất thẩm thấu là Na2SO3 thì
phản ứng của lignin chủ yếu là phản ứng sunphonat hóa (1.1), tuy nhiên do quá trình
thẩm thấu diễn ra trong điều kiện khá ôn hóa, nồng độ hóa chất thấp, thời gian ngắn nên
các phản ứng này xẩy ra không nhiều [5].
CH2OH

CH2OH

R'O CH

R'O CH

-

HC SO3

HC OR
-

+ HSO3

+ ROH

(1.1)

OMe

OMe
OH

OH

 Phản ứng của lignin đối với NaOH: Hydroxyt natri là một hợp chất kiềm mạnh
nên phản ứng với lignin diễn ra mạnh và nhanh hơn so với Na2SO3. Tùy thuộc vào điều
kiện nhiệt độ, thời gian và mức dùng NaOH mà các phản ứng giữa lignin và NaOH có
thể diễn ra theo các phản ứng từ (1.2) đến (1.9).
10


+ Phản ứng tạo phenolat:
C

C
+ NaOH

+ H2 O

O C H3

(1.2)

O C H3

OH

ONa

+ Phản ứng phân hủy liên kết ete:

Phân huỷ liên kết ete β-O-4:

* Phản ứng phân huỷ liên kết ete β-O-4, khi nhóm OH chức phenol chưa bị oxy
hoá hoàn toàn (còn tự do) (1.3). Quá trình phân ly diễn ra qua hợp chất trung gian epoxy.
C3

C

C

OCH3

C

C

O

O

C3

C

H C OH
--

+OH
-

(1.3)

+

H2O

OCH3

OCH3

OCH3

OH

OH

OH

Sau đó tiếp tục phân hủy theo (1.4)

C

C

C

C

C

C OH
O

C

O

C

C

(1.4)

OCH3

OCH3

O

OH

OH

Phản ứng trên chỉ xẩy ra một phần, còn một phần xẩy ra theo hướng tạo sản
phẩm trung gian: quinonmetit, mất nguyên tử cacbon- α, nguyên tử này chuyển về nhóm
C3
aldehyt (1.5).
C3
C
C

C3

OCH3
O

H

C
C

C

OH

OCH3
O

OCH3

C

C
CH

OCH3
OCH3

OH

O

(1.5)

+ HCHO

OH

OCH3
OH

11


* Phân huỷ liên kết ete β-O-4 khi nhóm OH bị phenol hoá. Ở dạng này liên kết
ete chỉ bị đứt ra khi nguyên tử cacbon cạnh nó còn lại nhóm hydroxyl. Phản ứng xẩy ra
qua hợp chất trung gian epoxy theo phản ứng (1.6).
C3

C
C
C

C
C
C

OCH3
O

O

C
C
C

C3

C3

(1.6)

-

OH

+
OCH3

OCH3

OCH3

+

OCH3
OH

O

OH

O

OH

OCH3

Phản ứng phân huỷ liên kết ete α-O-4
* Dạng phenol: phản ứng tạo sản phẩm trung gian quinonmetit
C3

C

C
C

OCH3

C

O

C
C3

C3

C

-

OH

+
OCH3

OCH3

CH3

OH

OH

(1.7)

OCH3
OH

O

* Dạng fiphenol (đã bị oxy hoá): Sản phẩm trung gian là dạng epoxy, điều kiện:
liên kết ete bị đứt ở cacbon- α có nhóm OH tự do
C3

C

C
C

OCH3

C

O

C

O

C

C3

C3

-

(1.8)

OH

+

OCH3

OCH3

O

OH

OCH3

OCH3
OH

O

Phản ứng phân huỷ liên kết β -O-4 cấu tạo kiểu fenylfuran: Điều kiện: chỉ xẩy ra
phản ứng khi còn nhóm OH tự do
C3
C3

C3
C

H C OH

C
C

CH3
O

C

C

OCH3

-

OH

C

OH

OCH3

(1.9)

OH
+

OCH3
O

OCH3

O
OH

12

HCHO


Phản ứng phân huỷ liên kết ete α-O-γ trong cấu tạo firorezinol: Khi có nhóm
hydroxyl tự do chức phenol thì liên kết ete α-O-γ trong firorezinol bị đứt ra tương đối

dễ dàng phản ứng xẩy ra qua hợp chất trung gian – quinonmetit, đồng thời liên kết C-C
cũng bị đứt và tạo thành những hợp chất phenol.
c. Phản ứng của xenluloza, hemixenluloza trong giai đoạn thẩm thấu
Do quá trình thẩm thấu diễn ra trong điều kiện tương đối ôn hòa, lượng lignin,
hợp chất trích ly tách ra hòa tan chưa nhiều nên các thành phần như xenluloza,
hemixenluloza trong thành vách tế bào gỗ chưa chịu nhiều tác động nên các phản ứng
phân hủy, bào mòn xẩy ra chưa nhiều và chủ yếu là của hemixenluloza.
Về thành phần hóa học, hemixenluloza phức tạp hơn rất nhiều so với xenluloza.
Hemixenluloza là hỗn hợp của một số loại polysaccarit, và khi thủy phân chủ yếu tạo ra
một số đồng phân lập thể thuộc pentozan, hexozan. Các liên kết giữa các mắt xích có thể
là glycozit 1-6, 1-4, 1-3 và 1-2…Hình dạng mạch của hemixenluloza tồn tại ở cả dạng
mạch thẳng và mạch nhánh. Về trạng thái pha, hemixenluloza tồn tại chủ yếu ở dạng vô
định hình, độ trùng hợp thấp (100 – 200 đơn vị) nên khả năng hòa tan của chúng cao hơn
nhiều so với xenluloza.
Với các cấu tạo như trên, trong môi trường kiềm hemixenluloza sẽ có khả năng
bị thủy phân, phân hủy một phần tùy thuộc vào nhiệt độ và nồng độ kiềm.
Hemixenluloza của nguyên liệu có thể bị phân hủy theo các loại phản ứng sau:
 Tách nhóm axetyl ra khỏi polysaccarit
 Đồng phân hóa mắt xích có chứa nhóm khử (nhóm cacboxyl) trong phân tử
hemixenluloza (mắt xích cuối cùng của phân tử)
 Thủy phân đứt các liên kết glycozit bằng kiềm
 Đứt các liên kết hóa học giữa hemixenluloza với các cấu tử khác của gỗ
Kết quả của các phản ứng trên là tạo ra các monosaccarit. Các monosaccarit này
có thể tiếp tục bị phân hủy bởi phản ứng giải trùng hợp tạo ra các monome…Các sản
phẩm cuối cùng của phản ứng là các axit hữu cơ (chủ yếu là oxy axit).
Kết thúc quá trình thẩm thấu, dăm mảnh được vắt bỏ dịch và được vít nạp vào
máy nghiền đĩa chuyên dụng. Quá trình nghiền được tiến hành tương tự như đối với bột
TMP. Hiện nay, nồng độ nghiền của máy nghiền sơ cấp của dây chuyền sản xuất bột cơ
học thường là 35 ÷ 50%; thứ cấp là 20 ÷ 25% và ở hệ thống máy nghiền lại, nghiền bột
thải là 10 ÷ 15%. Với các nồng độ nghiền này, dây chuyền vừa đảm bảo công suất, chất

lượng bột giấy với mức tiêu hao năng lượng hợp lý [3, 4, 9].
Bột sau nghiền sẽ được sàng chọn, lọc cát nhằm loại bỏ các búi xơ sợi thô, cát
sạn trước khi được đưa vào hệ thống rửa và cô đặc bột. Tùy vào từng yêu cầu về độ
13