Đặ t v ấn đề
Tài nguyên gỗ rừng trồng tại Việt Nam hiện nay phong phú và trở thành nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp đồ gỗ, tuy nhiên, nhu cầu sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng gia tăng trong khi rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm Gỗ rừng trồng có tốc độ sinh trưởng nhanh và khả năng tái sinh tốt, nhưng lại có nhược điểm như nhẹ, tỷ trọng thấp, kích thước không ổn định, dễ biến màu, mục nát, cháy, và bị sâu bọ tấn công Những vấn đề này gây khó khăn cho sản xuất và tiêu thụ sản phẩm, giảm hiệu quả sử dụng tài nguyên gỗ Do đó, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu các công nghệ thay thế gỗ rừng trồng và cải thiện tính chất của vật liệu, đặc biệt là tính chất co rút và giãn nở của gỗ.
Cây Gáo vàng là một loài cây gỗ nổi bật với kích thước lớn và tốc độ phát triển nhanh, đang được chú trọng về chất lượng và phương pháp bảo quản Gỗ Gáo vàng có màu vàng nhạt, kết cấu đồng đều, sợi gỗ dài và thô, không có mùi vị lạ, khô nhanh và ít nứt, dễ chế biến và có khả năng bám sơn tốt Tính năng lực học của gỗ thuộc loại trung bình, tương đương với gỗ Sa Mộc, và rất phù hợp cho sản xuất đồ gia dụng, đồ thủ công mỹ nghệ, thùng xe, trang trí kiến trúc, cũng như làm ván sợi nhân tạo, ván MDF và bột giấy.
Nhiều người chưa hiểu rõ về các tính chất co rút và giãn nở của gỗ Trong quá trình sử dụng và lưu trữ, gỗ có xu hướng hút và nhả ẩm để đạt độ ẩm thăng bằng Do đó, nguyên liệu gỗ cần được hong phơi hoặc sấy khô đến độ ẩm nhất định trước khi gia công Khi đạt độ ẩm sử dụng, gỗ sẽ xảy ra hiện tượng co rút hoặc giãn nở, và khả năng này phụ thuộc vào loại gỗ, khối lượng riêng, cũng như vị trí trong cây và vị trí xẻ gỗ.
Nghiên cứu và xác định tính chất co rút và giãn nở của gỗ là nhiệm vụ quan trọng trong khoa học gỗ và đánh giá giá trị tài nguyên cây gỗ Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học để hiểu rõ bản chất của gỗ, giúp sử dụng, chế biến và bảo quản gỗ một cách hợp lý và hiệu quả, tối ưu hóa tài nguyên gỗ Đồng thời, đây cũng là tiêu chí để đánh giá chất lượng rừng, lựa chọn giống cây phù hợp và nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường cũng như các biện pháp kinh doanh.
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về cây Gáo vàng, nhưng hiện tại chưa có báo cáo nào về sự biến đổi tính chất co rút và giãn nở của gỗ cây Gáo vàng (Nauclea orientalis) được trồng tại Việt Nam Do đó, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu sự biến đổi tính chất co rút và giãn nở trong thân cây Gáo vàng trồng ở huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu” để thực hiện nghiên cứu này.
Mục tiêu nghiên cứu
M ụ c tiêu t ổ ng quát
Nghiên cứu được sự biến đổi các tính chất liên quan đến độ ổn định kích thước gỗ bên trong thân cây Gáo vàng.
M ụ c tiêu c ụ th ể
- Nghiên cứu được sự biến đổi khối lượng riêng theo hướng từ tâm ra vỏ, từ gốc đến ngọn
- Nghiên cứu được sự biến đổi tính chất co rút và giãn nở theo hướng từ tâm ra vỏ và từ gốc đến ngọn
- Kiểm tra được mối tương quan giữa khối lượng riêng và độ co rút, giãn nở của gỗ
1.3 Ý nghĩa của việc nghiên cứu
- Áp dụng được lý thuyết đã học vào thực tiễn và học hỏi thêm được những kiến thức bổ ích mới ngoài trường
Củng cố kiến thức cơ sở và chuyên ngành là điều cần thiết để phục vụ cho công việc tương lai Đồng thời, việc tích lũy kinh nghiệm thực tế sẽ giúp bạn tự tin hơn khi bước vào môi trường làm việc.
- Rèn luyện về kỹnăng tổng hợp và phân tích số liệu, tiếp thu và học hỏi những kinh nghiệm từ thực tế
Nghiên cứu thực tiễn giúp củng cố kiến thức khoa học và ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế Qua đó, người học có thể nâng cao chuyên môn trong lĩnh vực nông lâm, tạo điều kiện phát triển ngành lâm nghiệp một cách hiệu quả hơn trong tương lai.
- Tạo điều kiện cho sinh viên được tiếp xúc, làm quen với thực tế công tác nghiên cứu khoa học
- giúp sinh viên nâng cao trình độ, học hỏi kinh nghiệm trong thực tế để áp dụng vào việc nghiên cứu khoa học
- Góp phần hoàn chỉnh dữ liệu trong nghiên cứu khoa học về nghiên cứu chuyên sâu loài cây Gáo vàng
- Kết quả nghiên cứu làm cơ sở khoa học đánh giá được sự biến đổi tính chất vật lý, cơ học cây Gáo vàng
- Xác định được ảnh hưởng của môi trường đến sự co rút và giãn nở bên trong gỗ cây Gáo Vàng
- Đề xuất một số giải pháp kiến nghị về phương pháp, cách thức chế biến và bảo quản gỗ
- Nâng cao kiến thức thực tế của bản thân phục vụ cho công tác sau khi ra trường
PHẦN 2 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1 Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu
2.1.1 Khối lượng riêng của gỗ
Khối lượng riêng là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá giá trị của gỗ cho các ứng dụng khác nhau, vì nó có mối liên hệ chặt chẽ với các tính chất vật lý và cơ học của gỗ Sức co giãn của gỗ cũng bị ảnh hưởng bởi khối lượng riêng, với sự khác biệt theo các chiều thớ Hơn nữa, khối lượng riêng ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt của gỗ, trong đó gỗ nặng có khả năng truyền nhiệt tốt hơn so với gỗ nhẹ.
Khối lượng riêng của gỗ ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng và khả năng chịu mài mòn của nó; gỗ có khối lượng riêng lớn thường có độ cứng cao hơn Cấu tạo của gỗ quyết định khối lượng riêng, từ đó tác động đến hầu hết các tính chất vật lý và cơ học của gỗ Gỗ có khối lượng riêng thấp sẽ có cường độ cơ học thấp hơn, cho thấy khối lượng riêng là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và sử dụng nguyên liệu gỗ.
2.1.2 T ính chất co rút Đối với quá trình co rút từ gỗ tươi, ướt Trong thực tế khi co dãn người ta dễ dàng nhận thấy rằng nó không đều theo 3 chiều Sở dĩ có sự sai khác nhau về co dãn giữa hai chiều dọc thớ và ngang thớ là do sự sắp xếp tế bào và cấu trúc vách tế bào Trong thân cây đại bộ phận tế bào xếp dọc thân cây (ở gỗ lá rộng tổng cộng chiếm khoảng 90% thể tích) chỉ có tia gỗ là sắp xếp theo chiều ngang thân cây) Theo cấu trúc vách tế bào thì trong mỗi tế bào đại bộ phận các mixen sắp xếp song song với trục dọc tế bào Như vậy ta rút ra một kết luận: trong cây đại bộ phận các mixen sắp xếp song song với trục dọc thân cây Theo chiều ngang thớ, co dãn xuyên tâm nhỏhơn theo chiều tiếp tuyến là do tia gỗ gây nên Các tế bào tia gỗ nằm vuông góc với trục dọc thân cây Với mỗi tia gỗ thì co dãn ngang thớ là lớn hơn rất nhiều so với chiều dọc tia gỗ, chiều ngang tia gỗ chính là chiều tiếp tuyến của thân cây, chiều dọc tia gỗ là chiều xuyên tâm của thân cây Sự chênh lệch co dãn theo ba chiều, nhất là theo hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến dễ gây nên biến hình, cong vênh, nứt nẻ (Dương Văn Đoàn và Nguyễn Cảnh Mão, 2010) [3]
Sức giãn nở của gỗ là khả năng hút nước khi ngâm trong nước, thể hiện qua độ hút nước, thời gian hút nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khối lượng riêng, vị trí, chiều thớ, kích thước, nhiệt độ nước và độ ẩm ban đầu, trong đó khối lượng riêng là yếu tố quan trọng nhất Gỗ có khối lượng riêng lớn sẽ hút nước chậm hơn, gỗ lõi hút nước chậm hơn gỗ giác, và mặt cắt xuyên tâm cùng mặt cắt tiếp tuyến hút nước rất chậm Diện tích mặt cắt ngang lớn giúp tốc độ hút nước nhanh hơn, và ở nhiệt độ cao, gỗ hút nước nhanh nhưng không nhiều Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sức hút nước của gỗ rất quan trọng trong kỹ thuật ngâm tẩm gỗ bằng hóa chất dưới áp suất thường, vì gỗ hút nước làm thay đổi độ ẩm, ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và cơ học, đặc biệt trong giới hạn độ ẩm bão hòa Trong công nghệ, cần chú ý đến đặc điểm này để lựa chọn độ ẩm gỗ phù hợp, đặc biệt với loại gỗ có khả năng hút nước lớn, tốc độ hút nước nhanh, trong quá trình nấu bột giấy, dịch nấu dễ dàng thẩm thấu vào gỗ, trong khi sản xuất ván nhân tạo, lượng keo có thể thấm sâu gây thiếu keo trên bề mặt nếu độ nhớt không được điều chỉnh hợp lý.
Hiện nay, nghiên cứu về cây Gáo Vàng còn hạn chế, nhưng từ những năm 1930, các nhà khoa học Nga và Đức đã công bố tài liệu về tính chất của gỗ Mỡ Họ đã áp dụng các phương pháp vật lý và hóa học để xử lý gỗ, giúp các chất thấm vào tế bào gỗ và tạo ra liên kết giữa các thành phần, từ đó tăng mật độ và cường độ của gỗ (Đào Xuân Thu, 2011) Để khắc phục nhược điểm của phương pháp nhiệt cơ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hóa chất để ổn định hình dạng và kích thước sản phẩm, đồng thời nâng cao khả năng chịu lực của gỗ biến tính Một trong những phương pháp đơn giản nhất là ngâm tẩm, khi gỗ được ngâm trong dung dịch hóa chất, sau đó loại bỏ nước và gia nhiệt để tạo ra sản phẩm không thấm nước Phương pháp này có ưu điểm là hệ số co giãn kích thước nhỏ, mặc dù tiêu tốn hóa chất (Đào Xuân Thu, 2011).
Trong Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của Đào Xuân Thu (2011), tác giả V.E.Vikhrov chỉ ra rằng việc sử dụng nhựa P-F để ngâm gỗ trước khi trùng ngưng sẽ mang lại kết quả tốt Nhựa hòa tan trong nước có khả năng thâm nhập vào các cấu trúc mao quản và khe hở giữa các vách tế bào gỗ, làm cho gỗ ở trạng thái trương nở tối đa Bên cạnh đó, V.M.Khrulev từ Trường Đại học Công nghệ Belarus đã đề xuất quy trình công nghệ biến tính gỗ bằng nhựa tổng hợp Phenol-Formaldehyde-furfural, tạo ra sản phẩm gỗ biến tính với nhiều tính chất cơ lý và các đặc tính vượt trội so với gỗ nguyên liệu.
Các nước phát triển áp dụng nhiều phương pháp từ đơn giản đến phức tạp để hoá dẻo gỗ trước hoặc đồng thời với quá trình nén ép định hình Những phương pháp này bao gồm hấp luộc, gia nhiệt cao tần, và gia nhiệt sóng ngắn, đặc biệt phổ biến tại Nhật Bản với hiệu quả hoá mềm tốt Ngoài ra, việc xử lý bằng các chất hoá học như amoniac và urea cũng được sử dụng để cải thiện tính dẻo của gỗ (Đào Xuân Thu, 2011).
Trong Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của Đào Xuân Thu (2011), đã chỉ ra rằng Stamm là người đầu tiên áp dụng amoniac để hoá mềm gỗ vào năm 1955 Phương pháp này có nhiều ưu điểm, như hoá mềm hầu hết các loại gỗ lá rộng, thời gian xử lý ngắn, áp lực nén thấp, ít phế phẩm và tỷ lệ phục hồi nhỏ Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ hoá mềm gỗ bao gồm thời gian, nhiệt độ, áp lực ngâm tẩm, biện pháp xử lý sau khi hoá dẻo và loại gỗ Tuy nhiên, các thay đổi về tính chất của gỗ sau khi hoá mềm bằng amoniac và quá trình nén ép vẫn chưa được nghiên cứu một cách hệ thống.
Trong Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của Đào Xuân Thu (2011), cường độ hóa gỗ do H.S Schmidt nghiên cứu và áp dụng từ năm 1930 được trình bày Phương pháp này thích hợp với gỗ mạch vòng, bao gồm việc ép một miếng kim loại vào đầu mẫu gỗ và đặt vào thiết bị áp lực Sau đó, thiết bị được đưa vào lò với kích thước 0.3 x 5 x 5m, hút chân không và tăng nhiệt độ lên 130 - 150 độ C để kim loại nóng chảy, dìm gỗ xuống dưới mặt kim loại Quá trình tiếp theo là tăng áp suất lên tới 4-16.6 MPa trong khoảng 20-60 phút, sau đó làm lạnh và lấy mẫu ra, cạo sạch kim loại dính Nhiệt độ xử lý đạt khoảng 200 độ C với áp suất 0.35 MPa, dẫn đến sự tăng đáng kể về khối lượng riêng, độ cứng tĩnh và khả năng chống cháy của gỗ.
Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, gỗ cường hóa được sử dụng làm ổ đỡ chân vịt tàu thủy, với việc kết hợp các cao phân tử và cacbua hydro không bão hòa Nhờ vào năng lượng tia chiếu xạ và chất xúc tác gia nhiệt, các hóa chất này kết hợp với gỗ, tạo ra gỗ polyme phức hợp (WPC) có tính ổn định kích thước cao hơn gỗ nguyên WPC có cường độ (độ rắn, ép, chịu mài mòn) được cải thiện đáng kể, ngoại quan đẹp, bảo trì dễ dàng và bền lâu, trở thành vật liệu kiến trúc tốt Vào đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ và Liên Xô đã sử dụng tia γ chiếu xạ để tạo ra WPC chất lượng cao, và nhiều quốc gia khác cũng áp dụng năng lượng nguyên tử cho mục đích này.
Từ xa xưa, con người đã biết dùng Polyethylenglycol để bảo quản gỗ
Gỗ được ngâm tẩm Polyethylenglycol (PEG) hiệu quả trong việc giảm sự trương nở và co rút, giúp ngăn ngừa biến dạng, cong vênh và nứt vỡ PEG thường được sử dụng để bảo quản gỗ cổ xưa, như gỗ bị chôn vùi dưới sông băng ở Mỹ trong hơn 30.000 năm, hay gỗ tàu thuyền từ chiến hạm Wasa bị chìm tại cảng.
Thụy Điển đã áp dụng phương pháp xử lý bảo quản bằng PEG cho các đền cổ của Nhật Bản, mang lại hiệu quả mỹ mãn Gần đây, Trung tâm kỹ thuật bảo hộ văn vật tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc cũng đã tiến hành nghiên cứu về lĩnh vực này (Đào Xuân Thu, 2011) [6].
Nghiên cứu về việc sử dụng sản phẩm gỗ tại Việt Nam vẫn chủ yếu ở giai đoạn phòng thí nghiệm Tuy nhiên, từ những năm 60 của thế kỷ XX, nhà máy gỗ Cầu Đuống đã sản xuất thành công sản phẩm tay đập và thoi dệt từ ván mỏng dán ép nhiều lớp, đánh dấu bước khởi đầu cho việc phát triển sản phẩm gỗ biến tính đầu tiên tại Việt Nam thông qua phương pháp nhiệt - hoá - cơ (Đào Xuân Thu, 2011).
