NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH HÚT NƯỚC VÀ ĐỘ DÃN NỞ CỦA GỖ CAO SU BIẾN TÍNH NHIỆT

Hiện nay bên cạnh việc sử dụng các loại gỗ mọc nhanh rừng trồng phổ biến trên thế giới, thì xu hướng nghiên cứu biến tính theo hướng có lợi cho người tiêu dùng, cho môi trường là hết sứ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

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

TRẦN VĂN PHÁT

NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH HÚT NƯỚC VÀ ĐỘ DÃN NỞ CỦA

GỖ CAO SU BIẾN TÍNH NHIỆT

LUẬN VĂN TỐT NGHỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHẾ BIẾN LÂM SẢN

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 06/2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: PGS.TS ĐẶNG ĐÌNH BÔI

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 6/2012

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

Quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm, thầy, cô khoa Lâm Nghiệp

và thầy cô bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Thầy Đặng Đình Bôi và thầy Hoàng Văn Hòa giảng viên bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã hướng dẫn tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản công nghệ Giấy và Bột Giấy Trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh nơi tôi thực hiện nghiên cứu, giúp tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Ban giám đốc và tấc cả các cô, chú, anh chị cán bộ, công nhân viên trong công ty Cổ Phần Sáng Tạo Bình Dương, công ty Chế Biến Lâm Sản Trường Tiền đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Cùng tấc cả các bạn lớp K34 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu về tính hút nước và độ dãn nở của gỗ Cao su biến tính nhiệt” được tiến hành tại trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản công nghệ giấy và bột giấy, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Thời gian từ ngày 10 - 2 đến ngày 20 - 5 năm 2011

Gỗ Cao su tươi sau khi mang về được gia công đúng kích thước, mất khoảng 1 tuần để hoàn thành quá trình nung và xử lý phần nguyên liệu làm đối chứng, sau khi thu được sản phẩm gỗ Cao su biến tính, sau 1 tuần tôi bắt đầu thử các tính chất vật

lý cho mẫu biến tính và mẫu không biến tính

Kết quả đạt được:

Các thông số công nghệ biến tính:

 Nhiệt độ biến tính: 1600C

 Thời gian biến tính: 4 giờ

Gỗ cao su sau khi được biến tính nhiệt đạt được các chỉ tiêu vật lý sau:

 Tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến: 1,22%

 Tỷ lệ dãn nở theo chiều xuyên tâm: 0,78%

 Tỷ lệ dãn nở theo chiều dài: 0,47%

 Độ hút nước: 63,56%

So với gỗ Cao su khi không biến tính thì:

 Độ hút nước giảm 39,57%

 Tỷ lệ dãn nở chiều tiếp tuyến giảm 83,12%

 Tỷ lệ dãn nở chiều xuyên tâm giảm 76,29%

 Tỷ lệ dãn nở theo chiều dài giảm 25,39%

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i 

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii 

MỤC LỤC iv 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU vi 

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii 

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ ix 

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 

1.2 Mục tiêu – mục đích nghiên cứu 2 

1.2.1 Mục đích nghiên cứu 2 

1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 

1.3 Nội dung nghiên cứu 2 

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 2 

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 5 

Chương 2: TỔNG QUAN 6 

2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 6 

2.1.1 Tình hình nghiên cứu biến tính nhiệt gỗ trên thế giới 6 

2.1.2 Tình hình nghiên cứu biến tính trong nước 10 

2.2 Cơ sở lý thuyết về công nghệ biến tính gỗ 11 

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 11 

2.2.2 Giới thiệu một số phương pháp biến tính gỗ 15 

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính 17 

2.3.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu gỗ 17 

2.3.2 Ảnh hưởng của quá trình xử lý 17 

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 

3.1 Nội dung nghiên cứu 20 

3.2 Phương pháp xử lý số liệu 21 

3.3 Phương pháp nghiên cứu 21 

3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu 21 

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu 22 

3.4 Phương pháp biến tính: 25 

3.4.1 Giới hạn các yếu tố nghiên cứu: 25 

3.4.2 Tiến hành thí nghiệm 26 

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 

4.1 Kết quả 27 

4.1.1 Độ hút nước 27 

4.1.2 Tỷ lệ dãn nở theo các chiều thớ 29 

4.2 Xác định các thông số công nghệ tối ưu 33 

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 

5.1 Kết luận 35 

5.2 Kiến nghị 35 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 

PHỤ LỤC 39 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

MOE (Modulus of Elasticly) Độ bền uốn tĩnh

EMC (Equilibrum Moisture Constant) Độ ẩm thăng bằng MOR (Modulus of Rigidity) Modul phá hủy

Độ lệch chuẩn

Yt Tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Các dạng biến đổi cấu trúc khi có tác nhân xử lý 12 

Hình 3.2: Mẫu thử độ dãn nở 23 

Hình 3.3: Mẫu thử độ hút nước 25 

Hình 4.1: Sự thay đổi màu sắc qua các cấp thời gian biến tính 27 

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của gỗ Cao su 5 

Bảng 2.1 Chế độ xử lý nhiệt đối với gỗ Spruce, Norway 9 

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu của mẫu biến tính 22 

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của mẫu không biến tính 22 

Bảng 4.1: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 2200C 28 

Bảng 4.2: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 2000C 28 

Bảng 4.3: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 1800C 28 

Bảng 4.4: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 1600C 28 

Bảng 4.5: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ cao su biến tính ở 2200C 30 

Bảng 4.6: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ Cao su biến tính ở 2000C 31 

Bảng 4.7: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ Cao su biến tính ở 1800C 32 

Bảng 4.8: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ Cao su biến tính ở 1600C 33 

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Trang

Biểu đồ 2.1: Các giai đoạn biến tính 18 

Biểu đồ 4.1: So sánh độ hút nước giữa gỗ biến tính và không biến tính 29 

Biểu đồ 4.2: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 2200C và gỗ không biến tính 30 

Biểu đồ 4.3: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 2000C và gỗ không biến tính 31 

Biểu đồ 4.4: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 1800C và gỗ không biến tính 32 

Biểu đồ 4.5: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 1600C và gỗ không biến tính 33 

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu về gỗ là hết sức quan trọng đối với ngành chế biến gỗ và hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu gỗ không chỉ dừng lại ở nghiên cứu đặc điểm sinh trưởng, cấu tạo thô đại, cấu tạo hiển vi, tính chất vật lý, hóa học của mà còn phải nghiên cứu định hướng sử dụng gỗ theo hướng nào cho thích hợp Nhu cầu ngày càng tăng về gỗ và vật liệu gỗ trong xuất khẩu cũng như tiêu dùng nội địa, sức ép trong việc cân đối giữa bảo vệ tài nguyên rừng, kinh doanh rừng và thị hiếu người tiêu dùng về gỗ và vật liệu gỗ đã đặt ra cho ngành chế biến lâm sản một nhiệm vụ rất nặng nề Vì vậy cần phải có một định hướng đúng cho sự cân bằng và phát triển

ổn định từ góc độ bảo vệ môi trường

Hiện nay bên cạnh việc sử dụng các loại gỗ mọc nhanh ( rừng trồng) phổ biến trên thế giới, thì xu hướng nghiên cứu biến tính theo hướng có lợi cho người tiêu dùng, cho môi trường là hết sức cần thiết, vì bên cạnh những ưu điểm của gỗ rừng trồng như mọc nhanh, khả năng tái sinh tự nhiên tốt, song tỷ trọng gỗ nhẹ, mềm và

độ bền cơ thấp hơn nhiều so với các loại gỗ rừng tự nhiên, đây là lý do ở những thập niên trước đa số gỗ rừng trồng chỉ được sử dụng trong ngành sản xuất bột giấy, ván dăm và sản xuất bao bì, hoặc những đồ mộc không có tính thẩm mỹ cao

Các công nghệ biến tính gỗ khác nhau từ lâu đã được nghiên cứu và ứng dụng, nhưng do giá thành gỗ biến tính và đòi hỏi của môi trường, nên chỉ gần đây mới được áp dụng Công nghệ biến tính gỗ (không độc hại) đang là một xu thế đòi hỏi được nghiên cứu và ứng dụng Đặc biệt các loại gỗ mềm, gỗ rừng trồng, ít giá trị, như gỗ cao su, điều, thông, bạch đàn, keo lai,… được quan tâm nghiên cứu để cải thiện chất lượng nâng cao giá trị mà an toàn với môi trường Bởi vậy biến tính nhiệt

cho gỗ được phát triển như một phương pháp nhằm cải thiện các đặc tính bất lợi này của gỗ rừng trồng Gỗ biến tính nhiệt có thể cải thiện khả năng chịu nước, tính ổn định kích thước, kháng nấm mốc mối mọt,…

Xuất phát từ nhận định này, được sự phân công của Khoa Lâm nghiệp tôi thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu về tính hút nước và độ dãn nở của gỗ Cao su biến tính nhiệt”

1.2 Mục tiêu – mục đích nghiên cứu

1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định các thông số biến tính nhiệt cho gỗ Cao su, thông qua đó xác định thông số nào tối ưu cho các chỉ tiêu về tỷ lệ dãn nở, độ hút nước

Xác định chế độ biến tính hợp lý và qua đó đưa ra một số khuyến cáo khi xử

lý biến tính nhiệt cho gỗ Cao su

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát về nguyên liệu gỗ

- Xác định tính chất cơ lý của gỗ Cao su trước và sau biến tính làm đối chứng

- Xác định các thông số công nghệ biến tính

- Đề xuất công nghệ biến tính gỗ

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng thí nghiệm đó là gỗ Cao su đã khai thác kiệt nhựa ở vùng tỉnh Bình Dương

Tên Việt Nam: Cao su

Tên khoa học: Hevea brasiliensis Mull Arg

Họ thầu dầu: Euphorbiaceae

Tên thương mại: Rubber wood – the rubber tree

Cây Cao su có nguồn gốc từ vùng Amazon (Nam Mỹ), phát triển mạnh ở Đông Nam Á Lần đầu tiên được trồng ở Java (Indonesia) Được đưa vào Việt Nam trồng từ năm 1897 Hiện nay được trồng chủ yếu ở các tỉnh vùng Đông Nam Bộ và Tây Nguyên (Đồng Nai, Bình Dương, Đắc Lắc, Gia Lai, Kum Tum…) Mục đích trồng để lấy nhựa, sau khi hết tuổi khai thác cây được sử dụng trong công nghiệp chế biến gỗ

Trước đây ngành chế biến lâm sản chưa phát triển người ta trồng Cao su chủ yếu là

để lấy mủ, thân cây sử dụng làm chất đốt Nhưng sau năm 1975, chính phủ nhận thấy tầm quan trọng của thân cây Cao su, đối với nền kinh tế của nước nhà nên đã

và đang có kế hoạch phát triển cây Cao su Bên cạnh đó chính phủ còn hạn chế và tiến đến cấm khai thác rừng tự nhiên thì việc sử dụng gỗ rừng trồng càng trở nên rộng rãi Trong đó gỗ Cao su đang là mục tiêu của nhiều doanh nghiệp Chính nhờ

sự phát triển của công nghệ sản xuất mà giá trị gỗ Cao su ngày được nâng cao và hiện tại nó là loại cây được xem là góp phần quan trọng trong việc bảo vệ rừng tự nhiên

 Đặc điểm hình thái

Cây có vỏ nhẵn màu nâu nhạt, lá thuộc dạng lá kép, mỗi năm rụng lá một lần, quả là quả nang có 3 mảnh vỏ ghép thành có hàm lượng dầu đáng kể dùng trong công nghệ pha sơn Thân cây cao khoảng 15 – 20 m, có đường kính trung bình 25 –

60 cm Là loại gỗ mềm, khi mới cưa có màu vàng nhạt, lúc khô biến thành màu kem nhạt, thớ thẳng ít xoắn thớ, giác lõi khó phân biệt, vòng sinh trưởng rõ ràng, dứt khoát, rộng 2 – 4 mm, có nhiều khuyết tật như mục trong, mục ngoài, mắt sống, mắt chết, nghiêng thớ,…

 Đặc điểm sinh học

Cây Cao su chỉ được thu hoạch 9 tháng, 3 tháng còn lại không được thu hoạch

vì đây là thời gian cây rụng lá, nếu thu hoạch vào mùa này, cây sẽ chết

Thông thường cây cao su có chiều cao khoảng 20 m, rễ ăn rất sâu để giữ vững thân cây, hấp thu chất bổ dưỡng và chống lại sự khô hạn Cây có vỏ nhẵn màu nâu

nhạt Lá thuộc dạng lá kép, mỗi năm rụng lá một lần Hoa thuộc loại hoa đơn, hoa đực bao quanh hoa cái nhưng thường thụ phấn chéo, vì hoa đực chín sớm hơn hoa cái Quả cao su là quả nang có 3 mảnh vỏ ghép thành 3 buồng, mỗi nang một hạt hình bầu dục hay hình cầu, đường kính 02 cm, có hàm lượng dầu đáng kể được dùng trong kỹ nghệ pha sơn

Cây phát triển tốt ở vùng nhiệt đới ẩm, có nhiệt độ trung bình từ 2200C đến

3000C (tốt nhất ở 2600C đến 2800C), cần mưa nhiều (tốt nhất là 2.000 mm) nhưng không chịu được sự úng nước và gió Cây cao su có thể chịu được nắng hạn khoảng

4 đến 5 tháng, tuy nhiên năng suất mủ sẽ giảm

Cây chỉ sinh trưởng bằng hạt, hạt đem ươm được cây non Khi trồng cây được

5 tuổi có thể khai thác mủ, và sẽ kéo dài trong vài ba chục năm

Việc cạo mủ rất quan trọng và ảnh hưởng tới thời gian và lượng mủ mà cây có thể cung cấp Bình thường bắt đầu cạo mủ khi chu vi thân cây khoảng 50 cm Cạo mủ

từ trái sang phải, ngược với mạch mủ cao su Độ dốc của vết cạo từ 20 – 350, vết cạo không sâu quá 1,5 cm và không được chạm vào tầng sinh gỗ làm vỏ cây không thể tái sinh Khi cạo lần sau phải bóc thật sạch mủ đã đông lại ở vết cạo trước Thời gian thích hợp nhất cho việc cạo mủ trước 7 giờ sáng

 Đặc điểm cấu tạo hiển vi gỗ Cao su

Lỗ mạch: Khi quan sát trên mặt cắt ngang lỗ mạch tương đối lớn, có thể nhận diện bằng mắt thường số lượng trung bình 2 lỗ mạch / mm2, xếp theo hình thức phân bố phân tán và có dạng hình tròn hay bầu dục, khoản 50% là mạch kép theo phương xuyên tâm Lỗ mạch có đặc điểm là có trữ bào, số lỗ mạch có trữ bào chiếm 26%

Nhu mô: Khá phong phú thường nhu mô xa mạch xếp thành dãy tiếp tuyến ngăn các nhu mô quay quanh mạch tạo thành dãy băng nối với mạch kế bên

Tia gỗ: Quan sát trên mạch cắt ngang ta thấy hình thức sắp xếp tia gỗ không đồng nhất, số lượng tia theo chiều tiếp tuyến là 7 – 10 tia / mm Bề rộng tia lớn nhất

là 3 tế bào, chiều cao của tia từ 3 – 15 tế bào Trên mặt cắt xuyên tâm một số tia có cấu tạo ống dẫn nhựa theo chiều ngang

Sợi gỗ: Sợi gỗ tương đối dài, có đường kính trung bình, vách dày

Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của gỗ cao su (Theo Nguyễn Hân, 1997

Khảo sát cấu tạo và tính chất vật lý của gỗ Cao su)

Stt Tên chỉ tiêu Giá trị tính trung bình

1 Khối lượng thể tích cơ bản 0,52 g/cm3

2 Tỷ lệ co rút thể tích tổng quát 15,34 % ( so với thể tích khô kiệt)

độ và thời gian, trong mỗi thí nghiệm có 15 mẫu và cho thay đổi các thông số thời gian và nhiệt độ biến tính vì chúng có ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình biến tính nhiệt, các thông số khác xem như không thay đổi Sản phẩm được giới hạn biến tính nhằm sử dụng để sản xuất đồ mộc, đồ dùng cho trẻ em và các sản phẩm thân thiện với môi trường

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

2.1.1 Tình hình nghiên cứu biến tính nhiệt gỗ trên thế giới

Biến tính gỗ nói chung và biến tính nhiệt nói riêng đã được nghiên cứu từ rất sớm ở nhiều quốc gia trên thế giới điển hình là năm 1937, Stamm và Hansen đã nghiên cứu về độ co rút dãn nở gỗ đã qua xử lý nhiệt, các kết quả cho thấy tính hút

ẩm của gỗ khô giảm một cách đáng kể Đối với gỗ được xử lý nhiệt trong môi trường không khí thì độ cứng giảm nhiều hơn khi được sử lý trong môi trường chất khí Đến năm 1946, Stamm lần đầu tiên có báo cáo thử nghiệm một cách có hệ thống về khả năng làm tăng tính kháng nấm mốc cho gỗ khi xử lý trong bồn kim loại nóng Báo cáo cũng xác định được về khả năng cải thiện được độ bền và độ ổn định kích thước Hệ số chống co rút dãn nở (Antiswelling/Shrinking efficiency – ASE) tăng lên 40%, còn độ bền uốn tĩnh (Modulus of Elasticly – MOE) giảm 20%

Tại viện công nghệ gỗ Dresden (IHD) đã tiến hành thử biến tính nhiệt cho các loại gỗ Thông, Tần bì, Teak… và có kết luận gỗ bị giảm độ bền (modul đàn hồi, modul phá hủy, sức bền uốn, độ cứng Brineel), còn sự hút ẩm, sự dãn nở giảm đi

Sức kháng nấm mốc có tăng ( The second Eropean conference on wood modification, 2005) Kết quả này cũng đồng nhất với kết quả nghiên cứu của Adre

Zoulalian và Philippe Geradin khi xử lý nhiệt nhằm nâng cao tính chống mốc cho

gỗ Beech

Theo kết quả nghiên cứu của C.R Welzbachen; A.O Rapp; P Haller và J Wehsener thì gỗ Spruce Norway xử lý nhiệt - dầu lên đến 220 0C kèm với ép nén sẽ

nâng cao tính chống nấm mốc nhưng sức bền động giảm 40% còn sức bền tĩnh hầu như không đổi

Năm 1972, Burnmeter đã chứng minh khả năng cải thiện các tính chất của gỗ nếu xử lý nhiệt trong điều kiện có áp suất quá trình này sau đó được Giebeler phát triển vào năm 1983 Ông đã nghiên cứu về độ ổn định kích thước khi xử lý nhiệt gỗ tươi trên các chủng loại gỗ khác nhau trong điều kiện có áp suất, kết quả cho thấy rằng tỷ lệ dãn nở giảm 50 – 80% trên các loại gỗ như Dẻ, cây Bu – lô, Thông, Bạch Dương và cây Vân Sam, nhiệt độ xử lý từ 180 – 2000C

Peppelin và Guyonnet cho rằng giảm cơ tính của gỗ là một điểm yếu của biến tính nhiệt Làm thế nào để xây dựng chế độ biến tính mềm sao cho giảm cơ tính gỗ

ít nhất bằng cách tìm chế độ thời gian – nhiệt độ biến tính Nhiệt độ thấp – thời dài hay nhiệt độ cao thời gian ngắn khi biến tính phải cần được nghiên cứu các ông giải thích là quá trình nhiệt phân (pyrolysis) xảy ra chậm ở khoảng 200 – 2800C còn sẽ nhanh khi đến 3000C Còn mạng lưới hóa (retification) thì xảy ra ở 180 đến 2600C Thí nghiệm của ông đưa ra tiến trình biến tính nhiệt: nâng cao nhiệt độ từ 30 –

1500C để làm khô gỗ trong 30 phút sau đó nâng nhiệt độ từ 150 – 2600C với tốc độ nâng khoảng 990C/phút giữ nhiệt độ trên từ 3 đến 8 giờ

Theo Kamdenetal (2002); Weiland và Guyonnet (2003) thì nguyên nhân làm

gỗ tăng sức chống nấm khi biến tính nhiệt vì gỗ giảm độ ẩm, chất dầu lan truyền trong gỗ, biến đổi cấu trúc polymer gỗ, liên kết chặt chẽ giữa các Hemicellulose khi

gỗ được xử lý nhiệt Thí nghiệm của ông là cho gỗ được sây ở 800C đến trọng lượng

ổn định, sau đó mẫu gỗ 20 x 10 x 30 mm đặt trong lò nung môi trường khí nito trong 8 giờ Trọng lượng gỗ giảm nhanh khi xử lý ở nhiệt độ 180 – 2400C do một số chất trong gỗ bị chảy ra

Sobel Yildiz và các tác giả khác khi tiến hành xử lý nhiệt 2 loại gỗ Spruce và Beech của Thổ Nhĩ Kì cũng thấy gỗ bị giảm ẩm, giảm cơ tính nhưng nâng cao tính chống mốc Gỗ được xử lý ở 130, 150, 180, 2000C trong 2 giờ, 6 giờ, 10 giờ, thì mất mát trọng lượng cao nhất Khi xử lý ở 2000C trong 10 giờ và sức bền uốn giảm đến 50%

Theo Vitaniemi, 1997 công nghệ xử lý nhiệt ở áp suất thường với nhiệt độ từ

180 – 2500C và dùng hơi nước làm dung môi thì sức bền uốn chỉ giảm 14% so với

gỗ không xử lý Với gỗ Spruce nếu biến tinh ở nhiệt độ 2000C thời gian 10 giờ modul đàn hồi (MOE) giảm nhưng với gỗ Beech thì MOE lại tăng Thời gian xử lý nhiệt dài thì MOE giảm ít hơn so với lại thời gian xử lý nhiệt ngắn

Còn Hills và Rossa (1978) thì cho rằng biến tính nhiệt độ cao thời gian dài (gỗ Spruce và Beech) nếu xử lý trong môi trường kín với khí trơ thì sự giảm cơ tính ít hơn Quan trọng là tuy có giảm cơ tính nhưng tính dãn nở và tính co rút cũng giảm

mà không cần dùng hóa chất nào

Bror Sundqvist, thuộc ngành khoa học vật liệu gỗ, Skelleftea, Đại học kỹ thuật Lulea, Thụy Điển đã tiến hành nghiên cứu về “sự thay đổi màu sắc và cấu trúc acid trong suốt quá trình xử lý nhiệt trên một số loại gỗ Bu – Lô, Vân Sam Na Uy và Thông Scots” (1997 – 2004) Ông cho rằng sự thay đổi màu sắc ở mức độ khác nhau có liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ xử lý

Viaginie St-Onge; Yvesfortin Carl Temblay (Canada) đã cho biến tính nhiệt

gỗ thông nhựa (Balsam Fir) thấy rằng tăng nhiệt độ xử lý làm cho màu của gỗ thêm sẫm

Biến tính gỗ thông bằng xử lý nhiệt trong môi trường không khí được thực hiện bởi Bruno M Esteves và cộng sự (Idalina J Momingos, Helena M Pereira), đã xử lý nhiệt gỗ Thông, một trong những loại gỗ có độ bền và độ ổn định kích thước thấp quá trình xử lý nhiệt được thực hiện trong lò Oven từ 2 – 24 giờ ở nhiệt độ 170 –

2000C, sau đó so sánh với quá trình xử lý nhiệt bằng hơi Độ ẩm thăng bằng (EMC)

và độ ổn định kích thước (ASE) theo các chiều xuyên tâm và tiếp tuyến được đánh giá ở các mức ẩm của môi trường (RH là 35%, 65%, 85%) Ngoài ra còn xác định ứng suất uốn tĩnh, lực uốn và khả năng hút ẩm Kết quả thu được là với cùng mức giảm khối lượng, độ ẩm thăng bằng, độ ổn định kích thước được cải thiện nhiều hơn khi áp dụng phương pháp xử lý nhiệt bằng lò Oven, nhưng giảm lực cơ học thì giống nhau Hàm lượng Hemicellulose giảm 50% dẫn đến giảm lực uốn tĩnh ở mức tương tự

Jelena Chirko et Al, (Đức) khi nghiên cứu thí nghiệm biến tính nhiệt (ở nhiệt

độ 180 – 2200C) với gỗ Thông thấy gỗ có thể giảm độ hút nước 1,5 đến 2 lần mà các cấu trúc gỗ và các tính chất khác vẫn ổn định

Còn Sini Metsa Kortelainen (Phần Lan) thì cho biến tính ở nhiệt độ 170, 190,

210, 2300C so sánh với gỗ sấy thường công nghiệp, thử độ hút nước theo TCEN

927 – 5 thấy rằng sấy gỗ nhiệt độ thấp làm tăng tính hút nước (absorption) và ngược lại nhất là với phần giác của gỗ Thông (Scot pine)

Từ năm 2002 tại phòng thí nghiệm Forintek, Canada Corp đã nghiên cứu biến tính hai loại gỗ Scot Pine và Spruce trên, kết quả tính chống mòn gỗ, độ uốn, MOR giảm, tính ổn định về kích thước tăng, tính kháng mốc tăng còn MOE ảnh hưởng không đáng kể

Nghiên cứu về tính mỏi của gỗ khi xử lý nhiệt thì Marcos Gonzalez-Pena và các cộng sự (tại trường Nông Lâm nghiệp Anh Quốc, Wales Bangor, Gwynedd) thực hiện với gỗ Spruce, Norway cho thấy modul phục hồi (modul relaxation) thấp hơn, sự phục hồi dẻo và biến dạng dẻo chậm hơn gỗ không xử lý, các chế độ xử lý được thực hiện như sau:

Bảng 2.1 Chế độ xử lý nhiệt đối với gỗ Spruce, Norway

Dãy biến động nhiệt độ xử lý (0C) 190; 210; 225; 240

Dãy biến động thời gian xử lý (phút) 20; 60; 240; 480; 960

Bruno Esteves (Viện NC Viseu và trường kỹ thuật Lisboa, Portugar) xử lý nhiệt gỗ bạch đàn (Portuguses Eucalypt) và Thông (pine) nung trong lò từ 2 – 24 giờ nhiệt độ từ 170 – 2000C Họ đi đến kết luận:

 Sự mất khối lượng tăng theo thời gian và nhiệt độ xử lý, hiệu quả chống dãn

nở tăng 35%; độ bền uốn và modul đàn hồi giảm khi thời gian và nhiệt độ xử lý tăng

 Biến tính nhiêt xảy ra ở nhiệt độ 1800C < t0C < 2600C

 Nhiệt độ lớn hơn 3000C không được tiến hành vì tính chất gỗ thay đổi quá nhiều

 Gỗ nâng cao tính ổn định về kích thước, giảm sự hút ẩm (hygrocopicity), nâng cao tính chống nấm hại sâu hại

 Nâng cao các trị số modul lúc đầu biến tính về sau đó các trị số này lại giảm

 Giảm ảnh hưởng độ dẻo dai (toughness) và giảm modul phá hủy (MOR)

 Giảm tính chống mòn của gỗ

 Làm sẫm màu gỗ

Theo báo cáo về công nghiệp biến tính gỗ nhiệt độ cao (EDS) thì biến tính gỗ

đã triển khai ở mức độ công nghiệp tại Nhật Bản Lò biến tính có sức chứa 30 – 200

m3, dùng nhiên liệu đốt là củi, phế liệu (không dùng than vì ô nhiễm)

Nhìn chung công nghệ biến tính gỗ trên thế giới đã phát triển và có nhiều thành công to lớn trong nghiên cứu sản xuất ra nhiều sản phẩm biến tính sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên ngành chế biến lâm sản Việt Nam chưa thể áp dụng những kết quả nghiên cứu này vào sản xuất được do điều kiện tự nhiên

và thiết bị công nghệ chưa phù hợp

2.1.2 Tình hình nghiên cứu biến tính trong nước

Các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào lĩnh vực biến tính nhiệt ẩm (hấp gỗ bằng hơi nước hoặc luộc gỗ bằng nước nóng) chủ yếu để làm tăng tính dẻo của gỗ để dễ dàng bóc hoặc lạng gỗ ra các ván mỏng làm ván ép hoặc uốn gỗ Hướng này đã được sử dụng rộng và từ lâu nhưng nhiệt độ sử dụng thường thấp hơn

1000C lĩnh vực thứ 2 là biến tính nhiệt kết hợp với nén cơ học nhằm làm tăng tính chất cơ học ứng suất uốn tĩnh, độ chịu kéo nén của gỗ, tuy nhiên hướng này chưa được sử dụng trong sản xuất vì gặp nhiều khó khăn Hướng nữa là dùng hóa chất tẩm vào gỗ nhằm nâng cao cơ tính và khả năng chống cháy của gỗ, nhưng hiện nay

số hóa chất cho phép tẩm ngày càng hạn chế vì đảm bảo an toàn sức khỏe con người

và môi trường có thể điểm qua một số nghiên cứu như sau:

Năm 1969 bộ môn gỗ - ván nhân tạo thuộc Viện Nghiên cứu Lâm Nghiệp và tiếp đó Viện Công nghiệp rừng đã tiến hành thí nghiệm biến tính loại gỗ Vạng Trứng (Endoepermum sinensis Benth), gỗ Mỡ (Manglietica album Reaush), gỗ Trám Trắng (Canarium album Reaush) bằng phương pháp nhiệt cơ và hóa cơ kết

hợp kết quả cho thấy khối lượng thể tích tăng 1,2 lần và cường độ uốn tĩnh tăng 1,3 lần so với lúc chưa biến tính

Năm 2005 trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, Xuân Mai, Hà Tây đã dùng hóa chất tẩm gỗ sau đó nén để nâng cao cơ tính của gỗ công nghệ này được chào bán tại hội chợ Techmark

Theo Huy Vũ Đại – ThS Nguyễn Minh Hùng (2004), ảnh hưởng của xử lý lò

vi sóng đến tính chất cơ lý của gỗ trám trắng kết luận thông qua các chỉ tiêu về tính chất vật lý và cơ học của gỗ đươc xác định sau khi gỗ được xử lý bằng lò vi sóng cho thấy tính ổn định về kích thước của gỗ được cải thiện nhưng cường độ cơ học giảm

Theo Ts Hoàng Thanh Hương, 2006 nghiên cứu biến tính gỗ Điều, Cao su và gỗ Hông bằng hóa chất, ép nhiệt và theo kết quả nghiên cứu thì có thể nâng cao sức bền lên 30%

Tấc cả các nghiên cứu trong nước đều có mối liên quan đến nhiệt độ nhưng nhiệt độ thấp hơn 1000C còn nếu dùng hóa chất thì có ảnh hưởng ít nhiều đến môi trường chưa có nghiên cứu nào trong nước biến tính ở nhiệt độ cao, không dùng hóa chất

Vậy theo như nhận định của Bruno Esteves tôi chọn biến tính nhiệt với nhiệt

độ biến tính 1600C – 2200C, thời gian biến tính gồm 5 mức từ 4 – 20 giờ

2.2 Cơ sở lý thuyết về công nghệ biến tính gỗ

2.2.1 Cơ sở lý thuyết

Khái niệm về biến tính gỗ được hiểu là sử dụng một tác nhân vật lý, hóa học,

cơ học, sinh học hoặc kết hợp nhiều tác nhân tác động vào vật liệu gỗ nhằm làm tăng cường thuộc tính có lợi nào đó của gỗ được biến tính Gỗ sau khi được biến tính cần phải không gây độc trong sử dụng và không phát độc khi sử dụng lâu dài

và trong tái chế cao tính chất cơ lý của gỗ

Hình 2.1: Các dạng biến đổi cấu trúc khi có tác nhân xử lý

Dưới tác dụng của nhiệt độ gỗ bị biến đổi cấu trúc, tính chất : Theo Hiroshi Jnno (1993), Misato Norimoto và Joseph Gril người Nhật Bản [7], khi nghiên cứu

về cấu trúc, tính chất của gỗ dưới tác động của nhiệt độ và tác nhân hóa học đã đưa

ra một số mô hình tương tác trong gỗ như hình 2.1

Ở hình 2.1 thì:

A: Tế bào Cellulose

1 – 3 : tế bào Cellulose khi không được xử lý

4 – 6 : vách Cellulose được xử lý

1 : không xử lý

4 : không có tác nhân trong ruột tế bào

2,5 : có tác nhân ở thành vách ruột trong tế bào

3,6 : có tác nhân điền đầy ruột tế bào

B: Sự biến đổi tương tác giữa tác nhân và Cellulose trong gỗ

o : nhóm hydroxyl dễ cho liên kết hydro

d,e : hướng xê dịch của phân tử Cellulose

Sự tác động có thể phân ra hai dạng tùy theo sự xâm nhập của tác nhân và tác động của nó: ở hình (A) – tác động của tác nhân và tế bào, (B) – tác động của tác nhân đối với vách tế bào (giữa các phân tử Cellulose cạnh nhau)

Mô hình trên có thể diễn giải như sau:

A – 1: tế bào gỗ không được xử lý không có chất lắng đọng trong vách tế bào

A – 2: vách tế bào không được xử lý nhưng ở vách bên trong của nó có các chất lắng đọng

A – 3: vách không được xử lí nhưng ruột tế bào có chất lắng điền đầy

A – 4,5,6: ở vách tế bào có sự xâm nhập của tác nhân xự lí

B – 1: các sợi Cellulose cạnh nhau khi chưa có tác nhân xử lý xâm nhập, giữa chúng có các liên kết cầu hydro, đây là liên kết yếu do vậy giứa các sợi Cellulose dễ

bị đẩy trượt nhau theo hướng e, d khi có sự phá vỡ liên kết cầu bằng nước hoặc tác nhân xử lý và khi đó lực hấp dẫn giữa các Cellulose cạnh nhau yếu đi

Mô hình B – 1: khả năng biến đổi khi có tác nhân xử lý, tùy theo tác nhân mà

có thể xảy ra các dạng khác nhau (B – 2 9

B – 2 và B – 3: liên kết ngang xuất hiện khi không có ảnh hưởng lớn do sử dụng các phân tử có trọng lượng phân tử thấp, khi đó liên kết thực hiện ở dạng nối hai vị trí phản ứng của những nhóm hydroxyl B – 2 thực hiện liên kết ở trạng thái khô ( không gây trương), còn B – 3 thực hiện ở điều kiện gây trương do vậy khi sấy lại thì cấu trúc thay đổi trở lại như ở trạng thái khô Cả hai trạng thái B – 2, B – 3 đều là cản lại sự xê dịch lẫn nhau theo phương d và e của sợi Cellulose

B – 4: trường hợp chất phản ứng có tính kỵ nước

B – 5: trường hợp chất phản ứng có tính ái nước

B – 6,7: tác nhân có tạo một liên kết bền vững ở một phía nhưng B – 6 chất tác động ở đây kỵ nước còn B – 7 thì tác nhân dễ hút nước

B – 8: tác nhân sẽ gây hút nước mạnh tạo những liên kết hydro rất thuận lợi ở hai phía

B – 9: tác nhân gây kị nước, không có tương tác giữa nhóm thế và nước, ở đây chỉ có sự xâm nhập của tác nhân và đẩy các sợi Cellulose xa nhau nhiều hơn

Sự thay đổi tính chất gỗ khi có tác nhân xử lý:

Khi gỗ được xử lý hóa học, các tác nhân xử lý sẽ có sự xâm nhập vào trong tế bào gỗ, nó sẽ có những tương tác với những cấu tử gỗ ở dạng này hay dạng khác làm cho cấu trúc liên kết, tính chất gỗ có sư thay đổi Như phần trên đã trình bày, sự tác động của các tác nhân chủ yếu vào các liên kết cầu hydro ngang giữa các cấu tử, đặc biệt và chủ yếu xét đến liên kết hydro giữa các phân tử Cellulose

Khi có sự tác động của tác nhân xử lý vào các cấu tử gỗ, giữa các cấu tử sẽ có

sự thay đổi như: sự thay thế một số nhóm chức, khoảng cách giữa các cấu tử, khối lượng phân tử,… sự biến đởi giữa các cấu tử trong gỗ làm cho tính chất cơ lý của gỗ thay đổi theo, cụ thể là:

 Sự biến đổi nhóm chức (chủ yếu nhóm hydroxyl), sẽ làm cho tính hút nước, tính hút ẩm thay đổi

 Sự thay đổi khoảng cách giữa các phân tử dẫn đến nội lực (lực hấp dẫn van dec van) thay đổi làm cho độ cứng vững, độ mềm dẻo của gỗ thay đổi theo Sự thay

đổi tính chất gỗ diễn ra ở mức độ, tính chất nào đó tùy thuộc vào đặc điểm của loại tác nhân sử dụng (khả năng phản ứng, kích thước phân tử, điều kiện xử lí,…)

 Sự hạ bậc cấu tử trong gỗ sẽ làm cường độ gỗ yếu đi

Phân tích các dạng tác động xử lý trình bày ở phần trên ta có thể nhận biết được

xu hướng biến đổi tính chất gỗ, cụ thể như sau:

 Xử lý xảy ra ở dạng B – 2: độ hút nước giảm đi vì khoảng cách giữa các Cellulose không tăng lên, liên kết các nhóm hydroxyl cũng vững chắc hơn, giảm số nhóm hydroxyl tự do trong gỗ

 Xử lý xảy ra ở dạng B – 3: gỗ trở nên mềm dẻo hơn, độ hút nước giảm đi, nhưng độ cứng vững thấp

 Xử lý xảy ra ở dạng B – 4: tính hút nước giảm đi, gỗ mềm dẻo hơn, độ ổn định cao hơn

 Xử lý xảy ra ở dạng B – 7: tính hút ẩm không giảm, độ mềm dẻo tăng lên

 Xử lý xảy ra ở dạng B – 8: tính hút ẩm tăng lên, độ mềm dẻo tăng lên

 Xử lý xảy ra ở dạng B – 9: tính hút ẩm giảm, độ mềm dẻo tăng lên

2.2.2 Giới thiệu một số phương pháp biến tính gỗ

a) Biến tính cơ nhiệt

Dưới tác dụng của nhiệt độ trong môi trường ẩm sẽ làm cho các nguyên liệu

gỗ mềm ra, tính dẻo của nó cũng biến đổi theo Căn cứ vào đặc điểm này người ta nghiên cứu xử lý nhiệt dưới nhiều hình thức khác nhau: đốt nóng hoặc hấp nóng bằng hơi nóng trong các thiết bị kín, sau khi được làm mềm và làm dẻo, gỗ được nén trong các khuôn nóng để ổn định về hình dạng và kích thước quá trình nén làm giảm thể tích gỗ, làm tăng khối lượng riêng Điều cực kì quan trọng là phải giữ nguyên được cấu trúc, không phá vỡ các vách tế bào, làm dập các mao mạch, mà chỉ thu hẹp kích thước nguyên liệu ban đầu tới giới hạn tùy ý Phương pháp này cho phép sản xuất ra các sản phẩm có những tính chất có thể dự đoán được: khối lượng riêng, độ nén, độ trương nở và độ hút nước… của sản phẩm

b) Biến tính hóa cơ

Biến tính gỗ bằng phương pháp hóa cơ tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, bằng cách đưa vào tế bào gỗ các monome hoặc polime, dưới tác dụng của nhiệt hay các tác nhân hóa học khác làm cho nó đóng rắn bên trong vách tế bào gỗ Đó là các chất kết dính có nguồn gốc khác nhau, các loại nhũ dịch… Ngoài ra người ta còn tiến hành làm mềm gỗ bằng các dung dịch amoniac, urê hoặc các chất khác… Xử lí

gỗ bằng amoniac có sự tham gia của nước sẽ làm tăng độ dẻo nhờ thủy phân các liên kết este phức tạp trong cấu trúc tế bào gỗ Sau khi nén gỗ, nước và amoniac có tác dụng như chất làm dẻo và chúng được đẩy ra ngoài trong quá trình sấy Kết quả nén gỗ sẽ cho ta các sản phẩm với cấu trúc mới, ổn định và có tính cơ lý cao

c) Biến tính nhiệt hóa học

Cơ sở hóa học của phương pháp này là biến tính gỗ bằng các loại keo tổng hợp rồi tiến hành xử lý nhiệt Dưới tác dụng của nhiệt độ trong thời gian nhất định

sẽ chuyển hóa từ trạng thái lỏng, quánh vào trạng thái đặc rồi đóng rắn hoàn toàn Bằng phương pháp nhiệt hóa, người ta xác định được loại hình liên kết có hiệu quả nhất để ứng dụng nó trong quá trình biến tính gỗ Phương pháp này tạo ra hàng loạt sản phẩm mới đa dạng với nhiều tính năng: cách âm, cách nhiệt, chịu mài mòn, tính chống lửa cao, chịu tác động của các hóa chất, chống được sự phá hoại của nhiều sinh vật, chịu được tác động của khí hậu nóng ẩm…

d) Biến tính phóng xạ hóa học

Bản chất của phương pháp này là dùng gỗ tự nhiên có độ ẩm ban đầu nhỏ (10%) cho vào các thiết bị kín tạo chân không thấp (0,005 0,013) pa, (20  30) phút rồi tẩm các nomomer Nhờ độ chân không bé gỗ sẽ hấp thụ các monomer Thời gian để thực hiện phương pháp này phụ thuộc vào kích thước cấu tạo từng loại gỗ,

độ quánh của monomer Sau đó dùng nhiệt hoặc chất đóng rắn làm biến đổi trạng thái monomer sang polymer

Gỗ tẩm xong người ta lấy các monomer dư ra ngoài thiết bị và đưa thùng gỗ vào buồng chiếu sáng Dưới tác dụng của tia, các monomer sẽ được polime hóa

trong các mao quản, trên vách tế bào gỗ, tạo cho gỗ có tác dụng cơ lý ưu Việt hơn nhiều so với các tính chất ban đầu của nó

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính

2.3.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu gỗ

Mỗi loại gỗ khác nhau thì có đặc điểm, cấu tạo, tính chất khác nhau, gỗ cứng

gỗ mềm đều ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Bên cạnh đó độ ẩm của gỗ cũng có ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng của sản phẩm

Gỗ là vật liệu dị hướng có cấu tạo dị hướng có cấu tạo xốp và đặc trưng bằng

sự hình thành của mạch gỗ, tia gỗ, các dãy tế bào mô mềm… Tính chất của gỗ, kích thước, cấu tạo, số lượng các thành phần cấu tạo gỗ phụ thuộc vào loài cây và các điều kiện sinh trưởng của loài cây đó

Khi xét trên quan điểm vật liệu gỗ thì gỗ là loại vật liệu có hệ số chất lượng cao, tính cách nhiệt, cách điện tốt… Nhưng khi xét vật liệu dưới góc nhìn cường độ thì gỗ là loại vật liệu có cường độ không cao Như chúng ta đã biết gỗ cấu tạo từ vô

số các tế bào mà mỗi tế bào được cấu tạo từ vách tế bào và nguyên sinh chất thể, trong đó các chất hóa học cấu tạo nên vách tế bào gồm: cellulose, Hemicellulose, Lignin chảy loãng hoặc mềm ra khi nhiệt nhiệt độ tăng cao hơn 130 , kết quả là làm cho kết cấu của gỗ yếu đi, thể tích giảm xuống dẫn đến bị biến dạng Ngoài ra chiều thớ, mắt gỗ, độ rộng vòng năm, tỉ lệ gỗ sớm, gỗ muộn, chiều dài tế bào, độ

ẩm cũng ảnh hưởng đến công nghệ biến tính gỗ

2.3.2 Ảnh hưởng của quá trình xử lý

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ nung

Như ta biết cellulose chiếm 40 - 50% và hemicelluloses 25 - 35% của gỗ Nhiệt độ phân hủy của hemicllulose là 200 – 260 0C và nhiệt độ tương ứng của cellulose là 240 – 350 0C

Các thành phần chính của gỗ (cellulose, hemicelluloses, và lignin) giảm theo những cách khác nhau dưới tác dụng của nhiệt độ cao Cellulose và lignin giảm chậm hơn và giảm ở nhiệt độ cao hơn so với hemicellulose Các chất chiết trong gỗ

và các hợp chất bay hơi cũng giảm dễ dàng hơn Một khi nhiệt độ vượt quá 200 0C

thì các thuộc tính của gỗ giảm xuống nhanh chóng, vì hàm lượng hemicellulose giảm Hàm lượng hemicellulose trong gỗ cứng thì nhiều hơn trong gỗ mềm, đây cũng là 1 căn cứ để xác định tiêu chuẩn phân loại biến tính nhiệt cho từng loại gỗ riêng biệt.

Trong phương pháp này tác nhân chủ yếu đó chính là nhiệt độ Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm nứt tét, chất chiết xuất tràn ra bề mặt gỗ, gỗ dễ bị cháy hoặc kết cấu

gỗ không ổn định Qua việc tìm hiểu và phân tích kết quả của các nghiên cứu trước tôi chọn nhiệt độ nung dao động từ 160 – 220 0C

b) Ảnh hưởng của thời gian biến tính

Biểu đồ 2.1: Các giai đoạn biến tính

Thời gian biến tính là khoảng thời gian cần thiết để gỗ từ lúc vào trong lò đến lúc thành sản phẩm Nếu thời gian tính quá ngắn thì có thể quá trình biến tính chưa kịp diễn ra còn nếu quá dài thì có thể sẽ gây cháy, nứt nẻ, chảy chất chiết xuất vì chúng ta nung ở nhiệt độ cao Thời gian biến tính bao gồm thời gian nâng nhiệt độ

từ 0 lên mức nhiệt độ cần biến tính, thời gian duy trì nhiệt độ biến tính và thời gian ổn định mẫu Đối với thời gian cần để gia nhiệt đến nhiệt độ biến tính thì phụ thuộc vào nhiệt độ biến tính cao hay thấp và khả năng gia nhiệt của thiết bị ta mất

nhiều hay ít thời gian Đối với thời gian duy trì nhiệt độ biến tính thì theo nhiều tài liệu (đã nêu trong phần trên) 5 mốc thời gian được chọn là 4h, 8h, 12h, 16h, 20h cho mức nhiệt độ 1600C, 180 và 200 , đối với mức nhiệt độ 220 tôi chọn 5 cấp thời gian là 4h, 6h, 8h, 10h, 12h Ở đây do thiết bị không có hệ thống phun ẩm để

ổn định mẫu gỗ, đồng thời điều chỉnh độ ẩm gỗ đến mức cần sử dụng nên mẫu sau khi kết thúc thời gian duy trì nhiệt độ biến tính tôi đem mẫu ra ngoài nhanh chóng

và đặt mẫu trong một buồng kín để ổn định mẫu

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

Như đã trình bày ở phần trên Trong phạm vi đề tài tôi chỉ nghiên cứu các thông số về nhiệt độ nung và thời gian nung để làm thay đổi một số tính chất của gỗ như mong muốn, từ đó chọn ra một chế độ công nghệ tối tưu nhất

Các bước quá trình nghiên cứu:

Bước 1: Thu thập mẫu, gia công mẫu

Gỗ thí nghiệm được lấy ở công ty Cổ Phần Chế Biến Gỗ Sáng Tạo Bình Dương với quy cách là (35 x 35 x 500) mm, các mẫu thanh gỗ được chọn ngẫu nhiên tại xưởng cưa xẻ Mẫu thu thập xong khi đem về được cắt làm đôi

Bước 2: Nung mẫu trong lò và theo dỗi

Các mẫu gỗ được chia thành 4 phần bằng nhau cho 4 lần nung, mỗi lần nung ứng với 1 cấp nhiệt độ khác trong nhau, vì số lượng mẫu gỗ có được không nhiều nên trong cùng cấp nhiệt độ lại chia ra 5 cấp thời gian ứng với 1 cấp thời gian lấy ra 1/5 số lượng gỗ của một lần nung

Bước 3: Gia công lại mẫu

Để được đúng như quy cách theo tiêu chuẩn thử mẫu tôi tiến hành gia công lại mẫu để đúng theo tiêu chuẩn và đem đi thử mẫu cùng với gỗ không biến tính

Bước 4: Xử lý số liệu:

Các kết quả số liệu tính toán được xử lý theo yêu cầu cho trước Kết quả xử lý tôi rút ra quy luật biểu diễn dưới dạng đồ thị so sánh kết quả và đưa ra thông số tối

ưu

3.2 Phương pháp xử lý số liệu

Đo kích thước mẫu dãn nở và cân khối lượng mẫu trước sau biến tính qua từng thời điểm, số liệu thu được ghi lại đầy đủ tại từng mức nhiệt độ, thời gian biến tính, thời điểm đo

Số liệu sau khi thu được, dùng phần mềm exel tính toán các giá trị trung bình,

độ lệch chuẩn, sau khi có số liệu tính toán ta cho biểu diễn số liệu ở dạng biểu đồ, phân tích so sánh và đưa ra kết luận

Kết quả khảo sát là giá trị trung bình kèm theo độ lệch chuẩn

+ Tính giá trị trung bình:

   ∑   + Độ lệch chuẩn:

  √  Tuy nhiên bất kỳ một phương pháp khảo sát nào cũng có sai số nhất định là sai số tuyệt đối X

X =     

 Xth : sai số thô là do sự trục trặc trong đo đếm, do đó cần phải loại bỏ

để không ảnh hưởng đến kết quả khảo sát

 Xht : sai số hệ thống là do dụng cụ đo “già”, “non”, sai số hệ thống là sai số không đổi theo một quy luật

 Xnn: sai số ngẫu nhiên là sai số không thể tiên đoán được cụ thể, sai số này khi thí nghiệm phải chấp nhận

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu

Nguyên liệu khảo sát là gỗ cao su được khai thác ở vùng tỉnh Bình Dương được gia công thanh như quy cách nói trên sau đó được gia công thành mẫu có kích thước tiêu chuẩn (TCVN)

Mẫu gỗ được chia làm hai nhóm:

 Nhóm 1: nhóm mẫu gỗ không biến tính bao gồm các chỉ tiêu cho trong bảng 3.1:

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu của mẫu biến tính

STT Tên chỉ tiêu Số lượng mẫu Quy cách (mm)

1 Dãn nở theo các chiều thớ 15 30 x 30 x 10

 Nhóm 2: nhóm mẫu gỗ được biến tính bao gồm các chỉ tiêu cho trong bảng 3.2:

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của mẫu không biến tính

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp xác định tính chất vật lý của gỗ cao su bằng phương pháp cân đo trong phòng thí nghiệm

Hình 3.1: Tủ sấy

STT Tên chỉ tiêu Số lượng mẫu Quy cách (mm)

1 Dãn nở theo các chiều thớ 30 30 x 30 x 10

Dụng cụ thí nghiệm:

 Thước kẹp có độ chính xác 0,01 (mm)

 Cân phân tích có độ chính xác 0,01 (g)

 Tủ sấy nhiệt độ ổn định

 Thí nghiệm xác định tỷ lệ dãn nở theo các chiều

Nguyên tắc: tiến hành đo kích thước của mẫu thử theo ba chiều thớ gỗ: chiều xuyên tâm (X) chiều tiếp tuyến (T) và chiều dọc thớ (L), chính xác đến 0,01 mm

Đo ở trạng thái khô kiệt và trạng thái ngâm nước

Như ta đã biết, gỗ sấy khô để ngoài không khí nó sẽ hút ẩm làm tăng kích thước gỗ hay còn gọi là sự dãn nở của gỗ Như vậy trong quá trình hút ẩm và nhả

ẩm, độ ẩm của gỗ sẽ biến đổi và quá trình thay đổi độ ẩm dưới điểm bão hòa thớ gỗ luôn luôn kèm theo sự thay đổi kích thước gỗ Sở dĩ gỗ co dãn được là nhờ ba thành phần cấu tạo nên vách tế bào: Cellulose, Lignin và Hemicellulose Trong đó chỉ có Cellulose mới có khả năng hút và thoát hơi nước, chính do hiện tượng này làm co dãn Vậy bản chất của

Tỉ lệ dãn nở: được xác định theo TCVN 340 – 70 với kích thước mẫu 30 x 30

x 10 (mm)

Dùng mẫu đã biến tính đo kích thước ba chiều chính xác đến 0,01 mm có l1,

a1, b1 Sau đó mẫu được đem đi ngâm nước đến bão hòa (kích thước 2 lần đo liên tiếp không thay đổi) lấy mẫu ra đo lại kích thước có l2, a2, b2

Công thức xác định tỉ lệ dãn nở như sau:

 Chiều xuyên tâm:

a, b, l: kích thước theo chiều xuyên tâm, tiếp tuyến, dọc thớ

Yx, Yt, Yl: tỉ lệ dãn nở tối đa theo 3 chiều

 Thí nghiệm xác định độ hút nước của gỗ cao su

Độ hút nước của gỗ chính là năng lực hút nước vào gỗ khi ngâm nó trong nước, gỗ hút nước nhiều hay ít, nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất là khối lượng thể tích Khối lượng thể tích càng lớn thì khả năng hút nước càng ít, ngoài ra gỗ có nhiều nhựa mủ thì khả năng hút nước giảm gỗ lỗi nước ít hơn gỗ giác

Gỗ hút nước nhanh hay chậm biểu thị bằng tốc độ hút nước tốc độ hút nước là lượng nước mà gỗ có thể hút vào trong một đơn vị thời gian Gỗ hút nước nhanh hay chậm tùy theo khối lượng thể tích, vị trí, kích thước, hình dạng, nhiệt độ nước

và độ ẩm ban đầu của gỗ

Hình 3.3: Mẫu thử độ hút nước

Nguyên tắc: thí nghiệm về khả năng hút nước của gỗ được thưc hiện theo tiêu chuẩn TCVN 360 – 70 Mẫu có kích thước 30 x 30 x 10 (mm) sấy khô mẫu với nhiệt độ 100 5 , mẫu sau khi sấy đến khô kiệt, cân khối lượng chính xác đến 0,01 (g) cân xong cho vào bình đựng nước để cho mẫu tự do hút nước sau từng thời gian nhất định: 2 giờ ngày thứ 1,2,4,7,12 và 20 ngày cân lại mẫu gỗ, về sau cứ

10 ngày cân lại 1 lần cho đến khi khối lượng mẫu gỗ không tăng lên nữa thì kết thúc thí nghiệm thời gian quan sát tối thiểu là 30 ngày đêm Sau mỗi lần cân lượng hút nước được tính theo công thức:

100 Trong đó: W0: lượng hút nước (%)

ma: khối lượng mẫu gỗ có nước mỗi lần cân (g)

m0: khối lượng mẫu gỗ khô kiệt (g)

3.4 Phương pháp biến tính:

Căn cứ vào loại gỗ, mục đích sử dụng, mục đích biến tính mà ta chọn phương pháp biến tính bằng phương pháp nhiệt Gỗ được nung trong lò với các cấp nhiệt độ

và thời gian khác nhau để tạo thành gỗ biến tính

3.4.1 Giới hạn các yếu tố nghiên cứu:

Dựa vào yêu cầu của các yếu tố đầu vào, đặc điểm của nguyên liệu và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính tôi lựa chọn các yếu tố công nghệ gồm nhiệt độ nung (T) và thời gian nung (t) Những tính chất cơ bản của gỗ có thể thay đổi khi biến tính được phân thành hai nhóm chính:

 Nhóm tính chất vật lý: khối lượng thể tích, độ dãn nở - co rút, độ cứng, độ hút nước, kháng nấm mốc, mối mọt,…

Các bước công nghệ thực hiện quá trình biến tính

Nguyên liệu  gia công nguyên liệu (đảm bảo kích thước phù hợp với thiết bị nung)  nung  ổn định mẫu  sản phẩm

Sau khi chuẩn bị nguyên liệu, dụng cụ thí nghiệm và bố trí thí nghiệm, gỗ Cao

su được gia công theo hai nhóm: nhóm gỗ biến tính và nhóm gỗ không biến tính Sau khi gia công chúng ta tiến hành sấy nhóm gỗ không biến tính để làm đối chứng

so sánh với nhóm gỗ không biến tính Còn nhóm gỗ biến tính thì được phân chia nung trong lò với những cấp nhiệt độ và thời gian như đã nêu trên

8 giờ, cao nhất 108,37% ở 2200C và 10 giờ Tỷ lệ dãn nở tiếp tuyến thấp nhất đạt 1,22%, xuyên tâm đạt 0,78%, chiều dài là 0,47% ở nhiệt độ 1600C thời gian 4 giờ Chi tiết kết quả số liệu đo được thể hiện ở phần phụ lục

Hình 4.1: Sự thay đổi màu sắc qua các cấp thời gian biến tính

4.1.1 Độ hút nước

Kết quả chi tiết xác định độ hút nước của mẫu gỗ biến tính qua từng cấp nhiệt

độ và thời gian được thể hiện trong các bảng trình bày ở phụ lục 20 trang 39 Giá trị

độ hút nước được lấy trung bình thể hiện ở các bảng 4.1 đến bảng 4.4 như sau:

Bảng 4.1: Độ hút nước của gỗ cao su biến tính ở nhiệt độ 2200C

Biểu đồ 4.1: So sánh độ hút nước giữa gỗ biến tính và không biến tính

Giá trị trung bình độ hút nước của mẫu không biến tính là 105,19%, độ lệch chuẩn là 7,47 Bảng giá trị chi tiết độ hút nước của gỗ không biến tính được trình bày trong bảng ở phần phục lục trang 39 (phụ lục 20)

Nhìn chung qua biểu đồ ta thấy sau khi xử lý nhiệt thì độ hút nước giảm tối đa 43% ở mức nhiệt độ 1600C và 8 giờ (màu tím)

4.1.2 Tỷ lệ dãn nở theo các chiều thớ

 Tỷ lệ dãn nở theo các chiều thớ ở nhiệt độ 2200C

Bảng giá trị tỷ lệ dãn nở chi tiết được thể hiện phần phụ lục (từ phụ lục 21 đến phụ lục 25) Giá trị tỷ lệ dãn nở tính trung bình ở nhiệt độ xử lý 2200C và giá trị tỷ

lệ dãn nở của gỗ không biến tính được thể hiện trong bảng 4.5 như sau:

Bảng 4.5: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ cao su biến tính ở 2200C Mẫu

Tiếp tuyến (%) Xuyên tâm (%) Dài (%) GTTB Độ lệch

Biểu đồ 4.2: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 2200C và gỗ không biến tính Nhìn vào biểu đồ ta thấy tỷ lệ dãn nở của mẫu gỗ biến tính ở 2200C theo chiều tiếp tuyến giảm từ 46 – 67%, so với mẫu gỗ không biến tính Chiều xuyên tâm thì giảm từ 24 – 66% so với gỗ không biến tính Còn với tỷ lệ dãn nở theo chiều dài có tăng nhưng không đáng kể

 Tỷ lệ dãn nở theo các chiều thớ ở nhiệt độ xử lý 2000C

Bảng giá trị tỷ lệ dãn nở chi tiết được thể hiện phần phụ lục (từ phụ lục 26 đến phụ lục 30) Giá trị tỷ lệ dãn nở tính trung bình ở nhiệt độ xử lý 2000C và giá trị tỷ

lệ dãn nở của gỗ không biến tính được thể hiện trong bảng 4.6 như sau: