Nguyên liệu gỗ


1. Giới thiệu

Cây gỗ có 2 loại:

Gỗ mềm còn gọi là gỗ lá kim hay cây hạt trần

Gỗ cứng còn gọi là gỗ lá rộng hay cây hạt kín

Toan bo than cay
Toan bo than cay

Cau truc tong quat
Cau truc tong quat

Hinh 1 Cau truc tong quan cua go

Gỗ mềm và gỗ cứng phân bố rộng rãi trên trái đất. Có khoảng 1000 loại gỗ mềm, trong khi đó có đến 30.000-35.000 loại gỗ cứng. Tuy nhiên chỉ một phần nhỏ trong đó được sử dụng làm nguyên liệu giấy bởi vì cấu trúc và thành phần hoá học khác nhau của chúng. Do đó để chọn được loại gỗ thích hợp làm giấy, phải có hiểu biết về cấu trúc và thành phần hoá học gỗ.

2. Cấu trúc cơ sở của gỗ

Cấu trúc vĩ mô

Nếu nhìn vào hình dáng thân cây hay mẫu gỗ chúng ta cũng có thể phân biệt được gỗ cứng và gỗ mềm. Những sự khác nhau này do tính chất tế bào khác nhau, trong gỗ mềm có tế bào xợi có tên là tracheid, còn gỗ cứng có tế bào ống dẫn và tế bào nhu mô.

Hình 2 Hình dạng bên ngoài và cấu trúc của gỗ cứng và gỗ mềm

Mat cat ngang
Hình 3 Mặt cắt ngang của thân gỗ thông trưởng thành.

a- Lỗ rỗng

b- Lõi cây

c- Gỗ bần

d- Vỏ trong

e- Vỏ ngoài

f- Tầng phát sinh (cambium)

g- Ống dẫn thứ cấp

h- Ống dẫn sơ cấp

Ngoài ra gỗ còn có chứa những ống dẫn nhựa thẳng đứng hoặc ngang. Để thấy được cấu trúc khác nhau của gỗ, ta cần phải quan sát qua 3 mặt cắt: mặt cắt ngang, mặt cắt tiếp tuyến và mặt cắt bán kính. (xem hình)

Hình 4 Các mặt cắt của thân cây (mặt cắt tiếp tuyến, mặt cắt bán kinh, mặt cắt ngang)
Hình 4 Các mặt cắt của thân cây (mặt cắt tiếp tuyến, mặt cắt bán kính, mặt cắt ngang)

Vỏ cây: gồm vỏ trong và vỏ ngoài. Lớp vỏ mỏng bên trong chứa tế bào sống, còn lớp vỏ phía ngoài chứa các tế bào chết. Lớp vỏ ngoài có tác dụng bảo vệ cây trước các lực cơ học và phá hoại của vi sinh vật. Vỏ cây là một điểm đặc trưng của từ loại cây, ta có thể phân biệt đây là loại cây gì nếu nhìn thấy vỏ của nó.

Gỗ bần: là phần gỗ bên ngoài có màu sáng, có tác dụng đỡ cho toàn bộ cấu trúc, là nơi chứa thức ăn và vận chuyển nước chất dinh dưỡng từ rễ lên. Phần lớn các tế bào trong gỗ bần đã chết, một số tế bào sống gọi là tế bào nhu mô. Trong các lỗ hổng và tường tế bào chứac các hợp chất nhựa hữu cơ, các phenol bị oxy hoá làm tăng tính chống mục cho gỗ . Tuy nhiên chúng sẽ làm cho dịch thẩm thấu qua gỗ lõi khó khăn hơn trong quá trình nấu bột giấy.

Tầng phát sinh (cambium) lớp mỏng của mô chứa các tế bào sống giữa vỏ và thân cây. Mỗi năm thì cây sinh ra tầng phát sinh này làm cho cây có đường kính lớn hơn, mỗi vòng mới tạo ra này gọi là vòng tăng trưởng hay vòng năm tuổi của cây (Hình 5). Có thể tính tuổi của cây bằng cách đếm vòng tăng trưởng này. Phần có màu sáng hơn của vòng tăng trưởng gọi là gỗ đầu mùa được sinh ra trong giai đoạn đầu tăng trưởng. Còn phần có màu tối hơn gọi là gỗ cuối mùa được sinh ra ở giai đoạn sau của quá trình sinh trưởng.

Hình 5 Mặt cắt ngang của cây gỗ 85 tuổi
Hình 5 Mặt cắt ngang của cây gỗ 85 tuổi

Các loại tế bào

Loại tế bào

Định hướng

Chức năng

Hàm lượng trong gỗ (% thể tích)

Gỗ mềm:

Tracheid

Tracheid sọc

Nhu mô sọc

Gỗ cứng:

Sợi libriform

Ống dẫn

Nhu mô dọc

Nhu mô sọc

Dọc

Ngang

Ngang

Dọc

Dọc

Dọc

Ngang

Độ bền, vận chuyển

Vận chuyển

Tồn trữ

Độ bền

Vận chuyển

Tồn trữ

Tồn trữ

90

<5

<10

55

30

<5

15

Bảng 1 Chức năng và sự định hướng của một số tế bào trong gỗ

Tế bào gỗ mềm

Trong hình dưới là các tế bào cơ bản của gỗ mềm được phóng to

Hình 6 Các loại tế bào cơ bản của gỗ mềm
Hình 6 Các loại tế bào cơ bản của gỗ mềm

a- Gỗ đầu mùa

b- Gỗ cuối mùa

c- Tế bào sợi gỗ vân sam đầu mùa

d- Tế bào tracheid ống dẫn gỗ vân sam.

e- Tế bào tracheid ống dẫn gỗ thông

f- Tế bào nhu mô ống dẫn gỗ vân sam

g- Tế bào nhu mô ống dẫn gỗ thông

Tế bào gỗ mềm phần lớn là tế bào sợi tracheid dạng sợi. Chiều dài trung bình của sợi có ảnh hưởng đến tính chất bột giấy. Đối với gỗ mềm chiều dài sợi trung bình trong khoảng 2-6 mm. Độ thô ráp của sợi tính theo khối lượng trên một đơn vị chiều dài sợi thay đổi trong khoảng 10-30 mg/100m.

Các tế bào nhu mô được sắp xếp theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Sự tồn trữ và vận chuyển diễn ra trong tế bào nhu mô, tế bào được sắp xếp hướng theo bán kính thì được gọi là tế bào nhu mô ngang. Chỉ có vài loại gỗ mềm là có chứa tế bào nhu mô ngang. Hình 6 cho thấy cách sắp xếp của các tế bào trong gỗ mềm.

Hình 7 Ba mặt cắt của tế bào gỗ mềm, X-mặt cắt ngang, R-mặt cắt bán kinh, T-mặt cắt tiếp tuyến, cho thấy gỗ đầu mùa có tường mỏng và tâm rộng.

Tế bào gỗ cứng

Khác với các tế bào sợi thuôn dài tracheid của loại gỗ mềm, gỗ cứng có nhiều loại tế bào hơn, sợi ngắn hơn và hẹp hơn, chứa nhiều tế bào nhu mô hơn.

Tế bào ống cơ sở gỗ bulô (A) và gỗ dương (C), gỗ đầu mùa của sồi (D), gỗ cuối mùa của sồi (E), tế bào ống gỗ bulô (B), tế bào nhu mô dọc của sồi (F), tế bào nhu mô ống dẫn gỗ bulô (G), tế bào sợi tracheid của sồi (H) và bulô (I), tế bào sợi libriform của bulô (J).
Tế bào ống cơ sở gỗ bulô (A) và gỗ dương (C), gỗ đầu mùa của sồi (D), gỗ cuối mùa của sồi (E), tế bào ống gỗ bulô (B), tế bào nhu mô dọc của sồi (F), tế bào nhu mô ống dẫn gỗ bulô (G), tế bào sợi tracheid của sồi (H) và bulô (I), tế bào sợi libriform của bulô (J).

Tế bào ống cơ sở gỗ bulô (A) và gỗ dương (C), gỗ đầu mùa của sồi (D), gỗ cuối mùa của sồi (E), tế bào ống gỗ bulô (B), tế bào nhu mô dọc của sồi (F), tế bào nhu mô ống dẫn gỗ bulô (G), tế bào sợi tracheid của sồi (H) và bulô (I), tế bào sợi libriform của bulô (J).

Kích thước của tế bào sợi libriform trong gỗ cứng là thành phần tạo nên các mô cơ sở cho gỗ cứng. Tế bào libriform thì ngắn hơn tế bào tracheid của gỗ mềm. Cả hai tế bào này có thể tồn tại trong cùng một loại gỗ.

Các tế bào ống cơ sở là các tế bào chết, rỗng và đầu nút mở (nút kín ở gỗ mềm) khi ở tuổi trưởng thành. Do đó, thuận lợi cho sự vận chuyển nước và chất dinh dưỡng từ rễ lên cây. Một tế bào ống có thể dài vài mét và bao gồm một chuỗi các tế bào ống cơ sở thẳng đứng được nối với nhau. (hình 9)

Hình 9 Hình chiếu các mặt cắt; mặt cắt ngang, mặt bán kinh và mặt tiếp tuyến của gỗ cứng cho thấy sự hình thành các tế bào ống từ các tế bào ống cơ sở (E).
Hình 9 Hình chiếu các mặt cắt; mặt cắt ngang, mặt bán kính và mặt tiếp tuyến của gỗ cứng cho thấy sự hình thành các tế bào ống từ các tế bào ống cơ sở (E).

Bột giấy làm từ gỗ cứng được sử dụng cho nhiều loại giấy in hơn gỗ mềm. Các tế bào nhu mô của gỗ cứng cao hơn làm cho thành phần mịn trong bột giấy từ gỗ cứng cao hơn. Đây là yếu tố có lợi cho một số tính chất quang học như độ đục nhưng lại không có lợi cho các tính chất như độ thoát nước hay tính chất cơ lý. Tế bào nhu mô là phần chứa nhiều chất trích ly nên loại bỏ bớt phần mịn trong bột sẽ giảm được hàm lượng các chất nhựa, chất trích ly. Các chất này là nguyên nhân gây ra hiện tượng bám dính và làm bẩn lưới xeo.

1. Cấu trúc của thành tế bào

Lớp

Bề dày (µm)

Góc vi sợi (0)

Sơ cấp (P)

Thứ cấp ngoài (S1)

Thứ cấp giữa (S2)

Thứ cấp trong (S3)

Trung gian (M)

0,05- 0,1

0,1-0,3

1-4 (gỗ đầu mùa)

3-8 (gỗ cuối mùa)

<0,1

0,2- 1

Mạng không đồng đều

50-70

20-30 (gỗ đầu mùa)

5-10 (gỗ cuối mùa)

60-90

Hinh 10 Cau truc thanh te bao
Hinh 10 Cau truc thanh te bao

Trong tất cả các loại tế bào, bề dày tổng cộng của tường tế bào được thể hiện bởi lớp S­2, đặt biệt trong tế bào tracheid cuối mùa của gỗ mềm và các tế bào tường dày dạng thon dài của gỗ cứng libriform. Lớp S2 tăng theo bề dày thành tế bào, còn lớp S1 và S3 hầu như không thay đổi. Do đó lớp S2 có liên quan đến tính chất vật lý của xơ sợi trong gỗ. Lớp S2 thể hiện bước xoắn Z với tính song song cao trong các vi sợi thay đổi từ từ giữa lớp S1 và S2, giữa S2 và S3. Sự sắp xếm của sợi con trong lớp S3 (lớp T) hơi dốc vào song song.

Hình 11 Hình vẽ I và hình chụp bằng kinh hiển vi điện t�� II, mặt cắt gỗ vân sam (a) và gỗ sồi (b). Cấu trúc lớp thành tế bào được thể hiện rất rỏ.
Hình 11 Hình vẽ I và hình chụp bằng kính hiển vi điện tử II, mặt cắt gỗ vân sam (a) và gỗ sồi (b). Cấu trúc lớp thành tế bào được thể hiện rất rỏ.

Tóm lại

Tính chất giấy phụ thuộc vào cấu trúc xơi sợi làm ra nó. Các cấu trúc quan trọng nhất là:

Chiều dài xơ sợi- cần phải có kích thước đủ dài của sợi để có độ bền cơ lý tốt, điển hình là độ kháng xé

Bề dày thành tế bào. Tế bào sợi tracheid của gỗm mềm có thành mỏng sẽ mềm mại hơn trong quá trình tạo hình tờ giấy. Những tế bào sợi tracheid có thành dày thì không mềm mại và không thuận lợi cho quá trình tạo liên kết khi tạo hình. Giấy làm từ tế bào có thành rất dày, có xu hướng tạo ra tờ giấy có cấu trúc xốp, dầy và có tính thấm hút, độ kháng xé cao nhưng độ bền nén và độ bền kéo kém.

Tỉ lệ giữa chiều dài sợi và bề dày thành sợi là chỉ số dùng để chỉ sự mềm mại tương đối của sợi.

Trên thế giới tỉ lệ gỗ cứng khoảng 65% và gỗ mềm là 35%. Các thành phần chính của cây bao gồm thân, ngọn, cành, rễ, lá. Trong đó chỉ có phần thân cây là phần làm ra bột giấy sau khi được bóc vỏ.