BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HỒNG THỊNH Nghiªn cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý thành phần hoá học Luồng (Dendrocalamus baratus Hsuch et D.Z.Li) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYN HNG THNH Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý thành phần hoá học Luång (Dendrocalamus baratus Hsuch et D.Z.Li) Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ giấy Mã số: 60 - 52 - 24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hà Nội, năm 2009 ĐẶT VẤN ĐỀ Luồng có tên khoa học (Dendrocalamus baratus Hsuch et D.Z.Li) thuộc phân họ tre (Bambusoideae) mọc theo khóm, phân bố chủ yếu rừng nhiệt đới châu Á, châu Phi Rừng luồng tập chung huyện, tỉnh miền núi, vùng đất bazan, ven sông suối, có độ ẩm cao, mùn nhiều Cây luồng thích nghi độ cao 500 mét so với mực nước biển, nơi có nhiệt độ trung bình 220C, độ ẩm 80% lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.500mm Luồng lồi ưa sáng, mọc nhanh, thích hợp khí hậu nóng ẩm vùng nhiệt đới có mùa rõ rệt Rừng luồng có tác dụng phịng hộ trì cân sinh thái Ở Việt Nam trữ lượng tre luồng lớn chiếm 13.1% diện tích rừng tồn quốc Đây lồi có khả tái tạo nhanh chóng, vịng đời sinh trưởng ngắn – năm Luồng loài phát triển nhanh họ tre trúc Ngoài đặc điểm chung tre trúc luồng cịn có ưu điểm sau: tỷ lệ sinh khối lớn, thân to thẳng, luồng có đường kính lớn từ 17  20 cm, trung bình 12  15cm Cây cao khoảng 15  17 m, thân thẳng, độ dài sử dụng thân khoảng  10 mét Có thể trồng tập trung thành rừng đơn lẻ theo khóm, bụi, địi hỏi, chăm sóc, dễ khai thác, vận chuyển Thân luồng dùng làm nguyên liệu thô như: vật liệu xây dựng, trụ chống, đan lát ngồi cịn sản xuất hàng mỹ nghệ như: chiếu ghép, đũa, trang trí nội thất, kiến trúc, hàng thủ công mỹ nghệ nguồn nguyên liệu chủ lực nhà máy giấy, nhà máy ván sợi Với tốc độ sinh trưởng, phát triển nhanh ưu điểm bật trên, luồng có nhiều khả sử dụng, đặc biệt công nghệ Chế biến lâm sản Đứng trước nhu cầu mở rộng nguồn nguyên liệu gỗ cho ngành Chế biến lâm sản, việc sử dụng gỗ lâm sản ngồi gỗ có tốc độ sinh khối nhanh nhiều đặc tính ưu việt luồng cần thiết Đây tiềm nguyên liệu không nhỏ cho ngành công nghiệp ván nhân tạo công nghiệp bột giấy Một số kết nghiên cứu tập trung chủ yếu vào lai tạo, chọn lọc gây trồng Còn đặc điểm cấu tạo, tính chất lý thành phần hố học đề cập Việc nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ, vật lý thành phần hoá học luồng để làm sở cho việc định hướng sử dụng loài cách tổng hợp, có hiệu Từ mở rộng qui mô phát triển, gây trồng, nâng cao vai trò rừng luồng việc cung cấp nguyên liệu cho ngành Chế biế lâm sản giai đoạn nhu cầu sử dụng gỗ ngày tăng toàn cầu Việt Nam khơng nằm ngồi qui luật Phát triển, sử dụng tre luồng nhu cầu thiết nhân dân ta việc bảo bệ môi trường sinh thái, phát triển kinh tế bền vững Với mong muốn góp phần tìm hiểu luồng - loài họ phụ tre đề xuất hướng sử dụng hợp lý cho loại này, tăng cường nguồn nguyên liệu cho ngành Chế biến lâm sản, chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý thành phần hoá học luồng” Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU 1.1.1 Nguồn gốc, phân bố đặc điểm sinh thái luồng Luồng thuộc phân họ tre, lớp mầm, thường xanh, mọc theo cụm, địa Thái Lan (đặc biệt miền Bắc Đông bắc), Burma (Myanma - miền Đơng trải xuống Tenasserim) Lào Nó trồng nơi địa giới thiệu đến nhiều vườn thực vật [19] Tre luồng phân bố chủ yếu khu vực nhiệt đới nhiệt đới Hầu hết 75 chi 1250 loài tre trúc thân gỗ sinh trưởng nhanh Tre tên Việt, trúc tên Hán Việt Người Trung Quốc gọi chung tất lồi tre có thân mọc cụm, thân mọc phân tán thân mọc phức hợp trúc, người châu Âu, châu Mỹ … gọi chung loài tre Bamboo[26] Tre luồng tài ngun rừng, nhóm lâm sản ngồi gỗ có giá trị, nhiều nước nửa dân số giới liên quan đến nhóm tài nguyên Theo thống kê 1/3 dân số giới sử dụng tre luồng vào mục đích khác Lồi có nhiều ưu việt nhiều nước quan tâm gây trồng thu nhiều kết quả, áp dụng vào sản xuất [15] Tre luồng tài nguyên rừng có quan hệ mật thiết với người nhiều nước Tre luồng có tính thích nghi rộng, từ vùng xích đạo đến ơn, hàn đới có tre phân bố Trong khoảng 510 vĩ Bắc đến 470 vĩ Nam có tre sinh trưởng Nhưng tuyệt đại phân tre luồng yêu cầu nhiệt độ ẩm độ ẩm cao [15] Tre luồng phân bố chủ yếu nước nhiệt đới đới, phân bố hàn đới ôn đới Chúng mọc hỗn giao với số lồi gỗ khác Trong tre luồng mọc cụm chiếm 3/5, tre mọc tản chiếm 2/5 [15] Có thể chia vùng phân bố giới: Vùng tre châu Á Thái Bình Dương, vùng tre châu Mỹ vùng tre châu Phi Vùng tre châu Á Thái Bình Dương dải gió mùa Đông Nam Á trung tâm phân bố tre giới Diện tích số lồi tre vùng chiếm khoảng 80% diện tích số lồi tre giới [15] Phân bố tre luồng số nước giới thể theo bảng sau: Bảng 1-1 Diện tích trồng sản lượng tre luồng số nước Tên nước Ấn Độ Mianma Thái Lan Campuchia Nhật Bản Trung Quốc Số loài 136 90 50 230 500 Diện tích (x1000 ha) Sản lượng thân tre luồng (triệu tấn) 4.000 2170 1000 287 88.2 7000 40 1.5 1.0 0.2-0.3 70 Với đặc điểm: khu phân bố rộng, nhiều loài, nhiều dạng, dễ trồng, dễ thích ứng với điều kiện lập địa khác lại mọc nhanh, sớm trưởng thành, nhanh thu hoạch, thân tre luồng đa dạng, dễ chế biến nên loài tre sử dụng rộng rãi lâu đời Tre luồng thực nhóm lâm sản ngồi gỗ đa tác dụng Ở Việt Nam tre luồng bao đời gắn bó với sống người dân, chúng trồng rộng rãi khắp nơi với tổng diện tích 1.489.068 ha, với tổng trữ lượng khoảng 8.400.767.000 cây, nguồn nguyên liệu vô quý giá cho sản suất, chế biến lâm sản [26] Cây luồng thích nghi độ cao 500 mét so với mực nước biển, nơi có nhiệt độ trung bình 220C, độ ẩm khơng khí lớn 80% lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.500mm Luồng lồi ưa sáng, mọc nhanh, thích hợp khí hậu nóng ẩm vùng nhiệt đới có mùa rõ rệt Luồng mọc thành cụm gồm có dạng thân ngầm hợp trục, thân luồng mọc cụm, cao 10-20 m, đường kính 5-15 cm, đỉnh uốn cong, phân bố rộng, chịu rét ưa đất tơi xốp, thích nghi với đất đồi núi bờ sông chân núi, chọn rừng, đất trồng phải chọn tầng đất dày nhiều dinh dưõng luồng dễ trồng, măng nhiều, sản lượng cao Cây luồng ưa ánh sáng sống bóng khác Luồng phát triển tốt nơi cịn tích chất rừng, tầng đất dày lớn 60 cm, đất xốp, ẩm, thoát nước Đối với đất bạc màu luồng sinh trưởng, phát triển Đất trồng luồng không ngập úng, không phèn, không mặn Rừng luồng có tác dụng phịng hộ trì cân sinh thái [26] Ở Việt Nam, điều kiện đất đai thích hợp, luồng phân bố chủ yếu tỉnh: Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh , Hồ Bình Thanh hố có gần 70.000 rừng luồng, tập chung 16 huyện miền núi trung du, chiếm tới 56 % tổng diện tích rừng trồng địa bàn tỉnh chiếm khoảng 55% tổng diện tích luồng nước Cây luồng lồi dễ trồng, dễ chăm sóc, trồng lần thu hoạch từ 40-50 năm, luồng dân tộc miền núi chọn làm phát triển kinh tế gia đình, xố đói giảm nghèo [20] Luồng có trữ lượng lớn trồng không tập trung dẫn đến việc khai thác vận chuyển gặp nhiều khó khăn Mặt khác đời sống khó khăn nên người dân khai thác luồng non (2 năm tuổi) tuổi luồng có khả sinh măng cao nhất, theo khuyến cáo nên khai thác luồng từ năm tuổi trở cho suất giá trị kinh tế cao Hơn tỷ lệ lợi dụng tre thấp gây thất thoát lớn nguyên liệu, nhân công [15] 1.1.2 Sinh trưởng, phát triển nhân giống luồng Luồng thực vật mầm, sinh trưởng phát triển trình hạt nảy mầm đến có hạt chín Trong q trình chia sinh trưởng dinh dưỡng sinh trưởng sinh sản Kỳ sinh trưởng dinh dưỡng từ hạt nảy mầm đến mọc sau sinh măng, lớn lên thành cây, bắt đầu phân hoá chồi hoa Kỳ sinh trưởng sinh sản chồi hoa, hoa nở, đến kết quả, hạt chín Luồng khơng có đặc tính sinh trưởng hướng đất rễ có tính hướng khơng khí thân mà cịn có tính mọc theo hướng ngang thân ngầm Cơ quan dinh dưỡng luồng gồm thân ngầm, măng cành, lá, rễ Thân ngầm thân khí sinh hợp thành thể thống Thân ngầm sinh măng, măng mọc thành (thân khí sinh) Thân khí sinh lại ni thân ngầm hay sinh thân ngầm nên vùng luồng thể thống Phương thức trồng: trồng loài áp dụng nơi có trình độ thâm canh cao, trồng hỗn giao với loài gỗ địa rộng tràm, quế cải tạo đất Ở nơi rừng bụi thứ sinh nghèo có khả tái sinh xử lý thực bì theo băng, nơi đồi dốc cho băng chạy theo đường đồng mức Mùa trồng tốt vào mùa xuân, phương pháp trồng đem gốc trồng, trồng 900 gốc Cũng trồng hạt, dùng cành ươm vùi thân để trồng [15] Năng lực sinh trưởng dinh dưỡng tái sinh vơ tính luồng nói chung mạnh Hàng năm luồng sinh măng mọc thành luồng, bụi luồng ln có khác tuổi Luồng sinh trưởng nhanh thân, cành, thân ngầm luồng chia đốt, đốt có tổ chức phân sinh, sinh trưởng, sau tháng tuổi luồng hoàn thành sinh trưởng đường kính chiều cao Sau khoảng thời gian q trình hồn thiện [26] 1.1.3 Nghiên cứu sử dụng 1.1.3.1 Trên giới Luồng loài lâm sản gỗ đa tác dụng, phạm vi sử dụng rộng, sinh sản nhanh, có tác dụng giữ đất chống lở, điều tiết nước, làm khơng khí, đẹp mơi trường Luồng có thành dày, cứng làm nhà, làm nhà sàn dân tộc miền núi dùng nhiều xây dựng nông thôn Sản xuất dụng cụ gia đình sản phẩm từ tre luồng gắn liền với sống hàng ngày giỏ, chiếu, thang, thùng Ngày nhờ thiết bị công nghệ chế biến phát triển sản xuất sản phẩm đũa, loại ghế ngồi gấp, ghế dựa, giường nằm, chiếu mành, lẵng hoa, làm đĩa, ô dù, quạt, nhạc cụ sáo, khèn nhiều mặt hàng xuất Trong công nghiệp, tre luồng dùng để chế tạo giấy viết nhiều loại giấy cao cấp khác Ứng dụng công nghệ tạo giấy, làm ván nhân tạo lĩnh vực khác đan bệ chiếu trà, đũa tre, nhị , sáo tre[15] Theo phát triển xã hội sản phẩm từ tre luồng ngày nhiều Từ thập kỷ 70 kỷ XX, sản xuất ván nhân tạo từ tre luồng có qui mơ tập trung tỉnh Triết Giang, Tứ Xuyên… Trung Quốc, loại ván nhân tạo, ván sợi ép, ván dán, ván sàn, ván dăm từ tre luồng dùng nhiều ngành khác [15] Tre luồng ngày có tiền đồ rộng lớn cơng nghiệp, nơng nghiệp, xây dựng xuất Công nghệ phẩm: Công nghệ đan lát tre luồng nghề thủ công Trung Quốc, nhiều tỉnh có sản phẩm cơng nghệ bện tre luồng làm phong phú sống nhân dân tăng thu ngoại tệ nhà nước Dụng cụ thể dục thể thao: dụng cụ văn nghệ có truyền thống lịch sử lâu đời từ đời nhà Chu, nhờ công nghệ xử lý tre luồng người ta làm loại dụng cụ thể dục xà đơn, xà kép, vợt cầu lông Nhật nghiên cứu thành công than hoạt tính từ tre luồng, Ấn Độ sử dụng nguyên liệu tre luồng để sản xuất sản phẩm đường Có thể nhận thấy tình hình nghiên cứu sử dụng tre luồng giới ngày phát triển Tất chúng mở đường việc lợi dụng hố học thân tre luồng Cho nên nói tồn thân luồng q, thân luồng làm gỗ kiến trúc, vật liệu đan lát nguyên liệu giấy cao cấp gia cơng thành ván ghép thanh, sản xuất ván dăm, ván sợi dùng cơng nghệ phẩm, phát triển luồng có hiệu ích kinh tế cao [15] Năm 1995 Zhang-Qisheng, Sun-FengWen, Wang-JianHe Trường Đại học Nam Kinh - Trung Quốc tiến hành đề tài “Nghiên cứu cấu trúc công nghệ sản xuất ván tổng hợp từ nguyên liệu tre”, tác giả nghiên cứu yếu tố có ảnh hưởng đến tính chất lý ván, kết cho thấy ván có chiều dày từ 1430 mm có tính chất lý tối ưu [13] Năm 1996, Zhang-min, Kawasaki-T, Yang-Ping Trường Đại học Kyoto, Viện nghiên cứu gỗ Nhật Bản thành công với đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất tính chất ván tổng hợp tre gỗ” Nguyên liệu để sản xuất gồm sợi gỗ, sợi tre dăm tre mỏng với tỷ lệ khác Kết nghiên cứu cho thấy thay đổi tỷ lệ trộn nguyên liệu dẫn đến tính chất ván thay đổi Tính chất ván tương đương với loại ván dán thương mại loại ván tổng hợp khác Kết cho thấy ứng suất ván thay đổi lớn với thay đổi kết cấu ván lõi ván mặt [13] Sự phát triển tài nguyên tre luồng nước không đồng đều, tre luồng chủ yếu dùng xây dựng dùng nơng thơn Hiện tình hình lợi dụng tre nước Châu Á [15]được thể bảng sau: Bảng 1.2 Tình hình lợi dụng thân tre luồng số nước (%) Tên nước Xây dựng Sử dụng Sử dụng Sản xuất Khác Nhà cửa Khác nơng thơn bao bì bột giấy Mianma 30 32 32 - Ấn độ 16 16 30 17 14 Nhật Bản 24 18 40 Philipphin 80 - 15 - Thái Lan 33 20 - 33 Rừng tre luồng đánh giá “rừng thứ hai” sau gỗ, có giá trị kinh tế, hiệu ích xã hội hiệu ích sinh thái cao Cũng rừng gỗ, rừng tre luồng có nhiều chức làm đẹp mơi trường, bảo vệ nguồn nước, giữ đất chống sói mịn, điều hồ khí hậu, cải tạo thiên nhiên Chính người ta dự đoán kỷ XXI, tre luồng trở thành nguồn lợi lớn đứng sau đặc sản chè, ca phê, cao su, điều [15] 1.1.3.2 Ở Việt Nam Việt Nam, tre luồng bao đời gắn bó với sống người dân, chúng trồng rộng rãi khắp nơi, nguồn nguyên liệu vô quý giá Đầu kỷ XX, năm 1923, nhà thực vật người Pháp thống kê 14 chi, 73 loài Đến cuối kỷ XX, năm 2000, Giáo sư Phạm Hoàng Hộ thống kê 23 chi, 121 loài tre Hiện số loài tre Việt Nam ghi nhận tăng lên khoảng 29 chi, 150 loài Dự đốn thống kê đầy đủ số lồi tre Việt Nam lên 200-250 lồi [15] Ở Việt Nam trữ lượng tre luồng lớn, chiếm 13.1% diện tích rừng tồn quốc Luồng lồi phát triển nhanh họ tre trúc, đặc điểm chung tre trúc luồng cịn có ưu điểm sau: tỷ lệ sinh khối lớn, thân to thẳng, luồng có đường kính lớn từ 17 -20 cm, trung bình 12 -15cm Cây cao khoảng 15 -17 m, thân thẳng, độ dài sử dụng thân khoảng -10 mét Có thể trồng tập trung thành rừng, đơn lẻ theo khóm, bụi, địi hỏi chăm sóc, dễ khai thác, vận chuyển 55 Bảng 4.8 So sánh hàm lượng thành phần hoá học luồng với số loại nguyên liệu khác STT Loại nguyên liệu Hàm lượng chất chiết xuất, % Hàm lượng, % Hàm lượng Trong Trong Trong nước Trong ete nước nóng lạnh NaOH 1% Thanh Hoá 1.11 8.13 2.96 17.55 19.95 24.68 45.41 1.60 Xuất sứ Pentozan Lignin Cellulose tro, % Luồng Trúc sào Phúc Kiến - Trung Quốc - - - 17.55 16.80 26.38 45.94 2.31 Tre Quảng Tây - Trung Quốc - - - 28.14 17.97 22.88 49.96 2.90 Luồng Triết Giang - Trung Quốc - - - 36.28 25.55 21.95 51.59 1.79 Tre gai Mỹ - 4.30 - 39.35 19.00 20.40 46.40 4.80 Tre mỡ Mỹ - 5.10 - 27.90 21.10 26.90 44.40 2.40 Trúc đại Mỹ 0.82 5.25 4.59 19.35 19.62 30.09 37.94 3.26 Bương Mỹ - 4.40 - 28.30 18.80 24.20 44.10 5.30 Tầm vông Mỹ 0.56 5.93 4.20 15.00 19.56 32.20 49.30 2.10 10 Giang Mỹ 0.81 6.48 3.26 18.97 15.13 24.13 47.00 1.87 56 Nhận xét chung - Hàm lượng tro Hàm lượng tro biểu thị lượng chất vơ có ngun liệu, đặc biệt ngun liệu ngồi gỗ hàm lượng tro cịn có chứa lượng đáng để hợp chất SiO2 Hàm lượng tro cao hay thấp biểu thị hàm lượng SiO2 có nhiều hay ít, hàm lượng SiO2 cao ảnh hưởng đến q trình dán dính có ảnh hưởng đến cơng nghệ thu hồi bazơ q trình nấu bột giấy Hàm lượng tro, % 4.8 4.5 Hàm lượng, % 3.26 3.5 2.9 2.4 2.31 2.5 1.79 1.6 1.5 0.5 Luồng Trúc sào Tre Luồng TQ Tre gai Tre mỡ Trúc đại Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.1 Hàm lượng tro số loại tre So sánh kết nghiên cứu đề tài với số cơng trình nghiên cứu loại tre khác cho thấy hàm lượng tro luồng tương đối nhỏ Với hàm lượng tro 1.60%, ảnh hưởng đến cơng nghệ q trình nấu bột giấy q trình dán dính dán ép keo không lớn - Hàm lượng chất chiết xuất dung môi ete Hàm lượng chất chiết xuất ete, % 1.11 1.2 0.82 Hàm lượng, % 0.8 0.81 0.56 0.6 0.4 0.2 Luồng Trúc đại Tầm vông Giang Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.2 Hàm lượng chất chiết xuất dung môi ete số loại tre 57 Hàm lượng chất chiết xuất dung môi ete luồng 1,11%, cao gấp lần Tầm vông, nhiên với hàm lượng không gây trở ngại cho q trình gia cơng chế biến nguyên liệu luồng - Hàm lượng chất tan NaOH 1% Hàm lượng chất tan NaOH 1% cho biết khả chống chịu nguyên liệu với môi trường hay xác định mức độ nấm mục nguyên liệu Hàm lượng chất tan 1%NaOH, % 39.35 40 36.28 35 28.14 28.14 27.9 Hàm lượng, % 30 25 20 19.35 17.55 15 10 Luồng Trúc sào Tre Luồng TQ Tre gai Tre mỡ Trúc đại Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.3 Hàm lượng chất tan 1%NaOH số loại tre Hàm lượng chất tan 1% NaOH luồng nhỏ số nguyên liệu loài đặc biệt tre gai luồng Trung Quốc, khẳng định loại tre điều kiện lập địa khác nguyên nhân ảnh hưởng đến khác biệt Lượng chất tan 1% NaOH số loại tre biểu đồ so sánh cho thấy với hàm lượng thấp 17.55% luồng, chứng tỏ thành phần chất tan nước luồng nói riêng lồi tre nói chung cịn chứa lượng lớn hemicellulose có khối lượng phân tử thấp, dễ hồ tan dung dịch kiềm lỗng Trong cơng nghiệp sản xuất giấy bột giấy, hàm lượng chất tan 1% NaOH khơng cao thuận lợi cho q trình nấu bột, tăng hiệu suất tính chất lý bột giấy - Hàm lượng chất tan nước nóng, nước lạnh Các chất tan nước chủ yếu chất đường, tinh bột, muối vơ cơ, ngồi cịn có tanin, chất màu 58 Hàm lượng chất tan nước, % Tan nước nóng Tan nước lạnh 8.31 6.48 5.93 5.25 4.59 4.3 4.2 2.96 3.26 0 Luồng Tre gai Trúc đại Tầm vông Giang Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.4 Hàm lượng chất tan nước nóng, nước lạnh số loại tre So sánh với hàm lượng chất tan nước số loại tre có nguồn gốc khác cho thấy hàm lượng chất tan nước lạnh luồng không lớn (2.96% ) tương đương với số loại tre khác, điều thuận lợi cho trình bảo quản nguyên liệu dùng sản xuất giấy sợi Nhưng hàm lượng chất tan nước nóng luồng tương đối cao đặc trưng họ tre trúc, chất đường, tinh bột chất pectin - Hàm lượng lignin Lignin hợp chất cao phân tử, dạng vơ định hình, hầu hết ngành công nghiệp chế biến lâm sản, lignin có ảnh hưởng định Trong công nghiệp gia công, trang sức, lignin tác nhân gây biến màu, hàm lượng lignin cao hay thấp nhiều ảnh hưởng đến chất lượng trang sức vật liệu Trong công nghệ biến tính gỗ, gia nhiệt lignin mềm hóa, tạo điều kiện thuận lợi để thay đổi tính chất vật liệu Trong công nghiệp sản xuất bột giấy hàm lượng lignin nhiều hay ảnh hưởng đến hiệu suất tính chất bột giấy 59 Hàm lượng lignin, % 35 30.09 30 24.68 26.9 26.38 22.88 Hàm lượng, % 25 21.95 20.4 20 15 10 Luồng Trúc sào Tre Luồng TQ Tre gai Tre mỡ Trúc đại Loại nguyên lệu Biểu đồ 4.5 Hàm lượng lignin số loại tre Trong công nghệ sản xuất giấy - bột giấy, hàm lượng lignin nhỏ chất lượng bột giấy tốt Qua kết so sánh hàm lượng lignin luồng chứng tỏ luồng có hàm lượng lignin trung bình so với nguyên liệu loài - Hàm lượng cellulose Cellulose thành phần gỗ tre luồng, không tồn cách biệt lập mà liên kết chặt chẽ với thành phần khác gỗ như: lignin, hemicellulose phương pháp xác định hàm lượng cellulose dựa sở tách bỏ lignin hemicellulose Hàm lượng cellulose, % 60 49.96 50 45.41 51.59 46.4 45.94 44.4 Hàm lượng, % 37.94 40 30 20 10 Luồng Trúc sào Tre Luồng TQ Tre gai Tre mỡ Trúc đại Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.6 Hàm lượng cellulose số loại tre 60 Trong vật liệu có sợi, cellulose thành phần quan trọng định đến tính chất lý nguyên liệu Trong ngành chế biến lâm sản, đặc biệt công nghệ sản xuất giấy bột giấy hàm lượng cellulose nguyên liệu tiêu để lựa chọn sử dụng nguyên liệu Ngồi ra, ngành cơng nghiệp sản xuất sơ sợi nhân tạo từ nguyên liệu tre trúc hàm lượng cellulose yêu cầu nguyên liệu, nguyên liệu có hàm lượng cellulose q thấp gần khơng phù hợp để sản xuất vật liệu sơ sợi nhân tạo So sánh với số loại nguyên liệu khác cho thấy, hàm lượng cellulose luồng tương đối cao (45.41%) đáp ứng yêu cầu cho nguyên liệu sản xuất giấy bột giấy, cho ngành công nghiệp sản xuất xơ sợi nhân tạo - Hàm lượng pentozan Hàm lượng Pentozan, % 30 25.55 25 Hàm lượng, % 19.95 20 19 16.8 21.1 19.62 17.97 15 10 Luồng Trúc sào Tre Luồng TQ Tre gai Tre mỡ Trúc đại Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.7 Hàm lượng pentozan số loại tre Hàm lượng pentozan ảnh hưởng đến chất lượng bột giấy Từ kết so sánh cho thấy luồng có hàm lượng pentozan tương đương với số loại tre khác, với hàm lượng pentozan 19.95% ưu điểm nguyên liệu chọn lựa để sản xuất giấy bột giấy 61 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 KẾT LUẬN CHUNG Từ kết nghiên cứu nêu kết luận cấu tạo, tính chất vật lý thành phần hóa học luồng có đặc điểm chung nguyên liệu thực vật thân thảo Do dó điều kiện lập địa, độ tuổi khác có ảnh hưởng đến cấu tạo, tính chất vật lý thành phần hóa học loại nguyên liệu Tuy nhiên tương quan hàm lượng chất nhóm chất tương đối giống (1) Cấu tạo luồng gồm: bó mạch (tế bào mạch, libe tế bào sợi) nằm phân tán vô số tế bào mô mềm, mật độ bó mạch tăng từ ngồi kích thước bó mạch lại giảm dần (2) Kích thước chiều dài sợi luồng xếp vào cấp sợi dài, tỷ lệ chiều dài sợi/chiều rộng sợi lớn, ưu điểm để lựa chọn nguyên liệu cho sản xuất bột giấy (3) Luồng thuộc loại nguyên liệu có tỷ lệ co rút khối lượng thể tích trung bình Như luồng khơng thuộc nhóm ngun liệu khó sấy thuận lợi cho q trình gia công chế biến sử dụng (4) Cường độ học luồng cho biết có số cường độ nén dọc thớ, cường độ uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh cao Do kết hợp luồng với số loại gỗ để sản xuất dạng sản phẩm composite tre - gỗ (5) Hàm lượng cellulose luồng 45.41%, tương đương với số loài tre khai thác số địa phương khác ngang với nguyên liệu gỗ thường dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy (6) Hàm lượng lignin luồng 24.16% khơng lớn, gây trở ngại cho q trình gia công chế biến đặc biệt sản xuất bột giấy phương pháp nấu kiềm (7) Hàm lượng chất chiết xuất, chất tan nước không cao, tương đương với loại nguyên liệu loài khác, điều thuận cho q trình gia cơng chế biến, 62 Từ kết thành phần hoá học luồng, khẳng định luồng nguyên liệu đáp ứng cho sản xuất giấy-bột giấy phương pháp nấu kiềm với mức dùng kiềm khơng cao Ngồi cịn sử dụng loại ngun liệu cho ngành công nghiệp sản xuất xơ sợi nhân tạo 5.2 KIẾN NGHỊ Đề tài nghiên cứu số tính chất vật lý thành phần hố học luồng, tính chất vật lý thành phần hoá học luồng thay đổi theo tuổi cây, vị trí địa lý, điều điện sinh trưởng miền vùng Đề tài tiến hành nghiên cứu chung cho luồng khai thác huyện Bá Thước, tỉnh Thanh Hố, chưa có thơng tin đầy đủ tổng quát tính chất vật lý thành phần hoá học luồng Xuất phát từ lý chúng tối có số kiến nghị sau: - Tiếp tục thực nghiên cứu luồng điều kiện sinh trưởng, vị trí địa lý tuổi khác nhau, để từ có kết chung kích thước sợi tính chất luồng để có biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao sản lượng rừng qui trình khai thác hợp lý để đáp ứng yêu cầu chất lượng luồng cho công nghiệp giấy sợi yêu cầu ngành công nghiệp chế biến lâm sản - Đi sâu nghiên cứu đặc điểm, tính chất số loại tre khác để từ có định hướng trồng, chăm sóc, khai thác sử dụng hiệu loài tre cho sản lượng rừng lớn đáp ứng yêu cầu tính chất vật liệu chế biến sử dụng 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Cao Quốc An, Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2005), “Nguyên lý kỹ thuật sản xuất bột giấy”, NXB Công nghiệp nhẹ Trung Quốc (Tài liệu dich) Cao Quốc An, Phạm Văn Chương(2007), Nghiên cứu tính sản xuất bột giấy từ tre Việt Nam, Tạp chí Bộ Nơng nghiệp PTNT, (17) Hồ Xuân Các, Hưa Thị Huần, Công nghệ sản xuất ván sợi gỗ, Trường Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh, 1997 Lê Mộng Chân, Lê Thị Huyên (2000), Thực vật rừng, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Thị Châu (2008), Nghiên cứu cấu tạo thành phần hoá học cỏ Voi lai, LVTN, ĐHLN Hà Chu Chử, Hố học cơng nghệ hoá Lâm sản, Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1997 Phạm Văn Chương, Nguyễn Văn Thuận, Bài giảng Công nghệ sản xuất ván nhân tạo tập I, Trường đại học Lâm nghiệp, 1993 Chuyên san lâm sản gỗ (2005), Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Vũ Văn Dũng Lê Viết Lâm (2001), Báo cáo tình hình phương pháp nghiên cứu sản xuất, chế biến tre nứa Việt nam, viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 10 Hồng Thúc Đệ, Giáo trình Cơng nghệ hố lâm sản, Trường đại học Lâm nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 1999 11 Hoàng Thúc Đệ, chuyên đề keo dán gỗ, Bài giảng cho học viên cao học chế biến lâm sản, 2001 12 Nguyễn Thị Thanh Hiền (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu đến tính chất vật liệu composite dạng lớp từ tre gỗ, LVThs ĐHLN 13 Nguyễn Thị Thanh Hương (2002), Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván tre lồ ô 64 gỗ cao su kết hợp, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam, hà Nội 14 Nguyễn Trung Hiếu (2006), Xác định trị số áp suất để sản xuất ván coppha từ nguyên liệu Luồng, LVThS, ĐHLN 15 Hỏi đáp kỹ thuật trồng, chăm sóc, khai thác chế biến tre, 2006, Mạng lưới lâm sản gỗ Việt nam - Dự án hỗ trợ chuyên nghành Lâm sản gỗ Việt Nam – Pha II, NXB Nông nghiệp 16 Nguyễn Trọng Kiên, nghiên cứu tạo vật liệu composite từ tre, gỗ dụng xây dựng sản xuất đồ mộc, Đề tài nghiên cứu Bộ NN PTNT 17 Nguyễn Hiền Mai (2003), nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất hoc vật lý hố học gỗ Hơng LVThs, ĐHLN 18 Nguyễn Q Nam, “Phương pháp làm tiêu hiển vi”, Tài liệu dịch H.E.Desch, J.M.Dinwoodie) 19 Nguyễn Quí Nam (2006), “Bài giảng lâm sản gỗ”, ĐHLN 20 Anh Nguyên (2009), Thanh hố cần đẩy mạnh phát triển diện tích trồng rừng luồng mới, Cổng thơng tin điện tử Thanh Hố 21 Nguyễn Thị Minh Nguyệt (1999), “Hoá học gỗ”, NXB Leningrat (Tài liệu dịch) 22 Dương Văn Tài, Nghiên cứu sử dụng cưa xăng để chặt hạ số loài tre chi miền bắc Việt Nam 23 Lê Xuân Tình (1998), Khoa học gỗ, NXB Nơng nghiệp 24 Lê Xuân Tình, Nguyễn Đình Hưng, Nguyễn Xuân Khu, Lâm sản bảo quản Lâm sản, tập I, trường đại học Lâm nghiệp, 1993 25 Hồ Sĩ Tráng (2003), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza, Tập I, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội 26 Cao Danh Thịnh (2007), Nghiên cứu sở khoa học cho công tác điều tra kinh doanh rừng luồng trồng loài tỉnh Thanh Hố, luận án tiến sĩ nơng nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp 65 27 Tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn nhà nước gỗ sản phẩm từ gỗ (bổ sung, sửa đổi), 1998 Tiếng Anh 28 Arnno p schniewind (1989), Concise encyclopedia of wood &wood-based materials, University of California Berkeley, CA, USA 29 Adler,E.Wood Sci.Technol[J],1977,11:169 30 Bjorkman,A.Svensk Papperstidn[J].1956,59:477-485 31 Blanchette R.A.,A new approach to effective biopulping, Idem.A:51-54 32 Chang,H-metal Hclzforschung[J],1975,29:153 33 Doorsselaere J V.; et al.,A novel lignin in polar trees with a reduced caffeic acid/5-hydroxyferulic acid O-methyltransferase activity, Plant Journal,1995,8 (6) :855 -864 34 Harkin,Constitution and Biosynthesis of Lignin Springer, Verlag New Nork[J],1966,67:52 35 Hu W.J.;Harding S.A.;Lung J.,Repression of lignin biosynthesis promotes cellulose accumulation and growth in transgenic trees,Nat Biotech,1999,17:808-812 36 Lundquist K,Simomson R.Lignin preparation with very low carbohydrate content Svensk Papperstidn, 1975,78(11):390 37 Parameswaran N, Liese W Ultrastructural aspects of bamboo cells[J] Cellu Chem and Technol,1980,14(5):587-609 38 Xiaobo Li (2004), Physical, chemmical, and mechanical properties of Bamboo and its utilization potential for Fiberboard manufacturing, B.S BeijingForestry University, 1999 M.S Chinese Academy of Forestry, 2002 39 Y.Ni;A R.P.Van Heiningen ,A novel ozone bleaching technologyfor the ALCELL process,Journal of wood chemistry and technology,1996,(16)4:367 66 ii 67 môc lôc Trang ĐẶT VẤN ĐỀ Chương .3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU 1.1.1 Nguồn gốc, phân bố đặc điểm sinh thái luồng .3 Sinh trưởng, phát triển nhân giống luồng 1.1.3 Nghiên cứu sử dụng 1.1.3.1 Trên giới 1.1.3.2 Ở Việt Nam .8 1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 10 2.2.2 Đối tượng nghiên cứu 11 1.2.3 Nội dung nghiên cứu .11 1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 11 1.2.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .13 Chương 14 CƠ SỞ LÝ LUẬN .14 2.1 LÝ THUYẾT VỀ CẤU TẠO VẬT LIỆU CÓ SỢI 14 2.1.1 Lý thuyết vật liệu có sợi 14 2.1.2 Cấu tạo tre 15 2.1.2.1 Cấu tạo thô đại .15 2.1.2.2 Cấu tạo hiển vi .15 2.1.2.3 Ảnh hưởng kích thước sợi tới công nghệ sản xuất giấy bột giấy .17 2.2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC 18 2.2.1 Tính chất vật lí 18 2.2.1.1 Khối lượng thể tích .18 2.2.1.2 Co rút 18 iii 68 2.2.2 Tính chất học 19 2.2.2.1 Cường độ nén .19 2.2.2.2 Cường độ uốn tĩnh 20 2.3 THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA THỰC VẬT CĨ SỢI 20 2.3.1 Thành phần hoá học chất vơ thực vật có sợi 21 2.3.2 Thành phần hoá học chất hữu thực vật có sợi 21 2.3.2.1 Thành phần cấu trúc tế bào 21 2.3.2.2 Các chất chiết xuất .24 2.3.2.3 pH gỗ .26 Chương 28 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NHIÊN CỨU .28 3.1 PHƯƠNG PHÁP CHỌN CÂY LẤY MẪU 28 3.1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm sinh thái rừng lấy mẫu 28 3.1.2 Phương pháp chọn ô lấy mẫu 28 3.1.3 Chọn lấy mẫu 29 3.2 PHƯƠNG PHÁP LÀM TIÊU BẢN HIỂN VI VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC SỢI 30 3.2.1 Phương pháp làm tiêu hiển vi 30 3.2.2 Phương pháp xác định kích thước sợi .31 3.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ, VẬT LÝ .32 3.3.1 Phương pháp xác định tỷ lệ co rút 33 3.3.2 Phương pháp xác định khối lượng thể tích .33 3.3.3 Phương pháp xác định cường độ nén dọc .34 3.3.4 Phương pháp xác định cường độ uốn tĩnh, mô đun đàn hồi 35 3.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC .35 3.4.1 Phương pháp xác định hàm lượng ẩm nguyên liệu sợi thực vật .36 3.4.2 Độ pH gỗ 37 3.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng tro 38 3.4.4 Xác định hàm lượng cellulose 39 iv 69 3.4.5 Xác định hàm lượng lignin 40 3.4.6 Hàm lượng pentozan 41 3.4.7 Xác định hàm lượng chất hòa tan dung dịch NaOH 1% 42 3.4.8 Xác định hàm lượng chất chiết xuất dung môi hữu 44 3.4.9 Xác định hàm lượng chất chiết xuất dung môi nước 45 Chương 48 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48 4.1 CẤU TẠO LUỒNG 48 4.1.1 Cấu tạo thô đại luồng 48 4.1.2 Cấu tạo hiển vi luồng 49 4.1.3 Kích thước xơ sợi thân luồng 50 4.2 TÍNH CHẤT CƠ, VẬT LÝ CỦA LUỒNG .52 4.3 THÀNH PHẦN CHẤT HOÁ HỌC CƠ BẢN CỦA LUỒNG 53 Chương 61 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 61 5.1 KẾT LUẬN CHUNG 61 5.2 KIẾN NGHỊ .62 ... GIÁO D? ??C VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HỒNG THỊNH Nghiªn cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý thành phần hoá học Luồng (Dendrocalamus baratus Hsuch et D. Z. Li) ... 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cấu tạo, tính chất lý thành phần hóa học luồng (Dendrocalamus baratus Hsuch et D. Z. Li) nhằm góp phần vào vấn đề định hướng sử d? ??ng hiệu nguồn nguyên li? ??u 11 2.2.2... tượng nghiên cứu Đối tượng: Luồng (Dendrocalamus baratus Hsuch et D. Z. Li) , 2-4 tuổi, khai thác huyện Bá thước, tỉnh Thanh Hoá 1.2.3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo thô đại, cấu tạo