NÔNG ĐỨC THÔNG NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT CO RÚT VÀ GIÃN NỞ TRONG THÂN CÂY GÁO VÀNG Nauclea orientalis TRỒNG TẠI XÃ DÀO SAN – HUYỆN PHONG THỔ - TỈNH LAI CHÂU KHÓA LUẬN TỐT NGHI
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng 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.
Mục tiêu cụ thể
- 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 rất quan trọng để phục vụ cho công việc sau này, đồng thời tích lũy kinh nghiệm thực tiễn sẽ giúp bạn tự tin hơn khi bước vào môi trường làm việc.
- Rèn luyện về kỹ năng tổng hợp và phân tích số liệu, tiếp thu và học hỏi những kinh nghiệm từ thực tế
Nghiên cứu thực tiễn giúp chúng ta áp dụng kiến thức học được từ trường vào thực tế, củng cố kiến thức cơ sở và chuyên môn trong ngành nông lâm Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển ngành lâm nghiệp 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, ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và cơ học của nó Nó liên quan chặt chẽ đến sức co giãn và khả năng truyền nhiệt, với gỗ nặng có khả năng truyền nhiệt cao hơn gỗ nhẹ Độ cứng của gỗ cũng tăng theo khối lượng riêng, đồng nghĩa với khả năng chịu mài mòn cao hơn Cấu trúc của gỗ quyết định khối lượng riêng, do đó ảnh hưởng đến hầu hết các tính chất của gỗ; gỗ có khối lượng riêng thấp thường có cường độ cơ học thấp Khối lượng riêng là nhân tố then chốt trong việc sử dụng nguyên liệu gỗ.
2.1.2 Tính 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 nhỏ hơn 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 Độ 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, với gỗ lõi hút nước chậm hơn gỗ giác Mặt cắt xuyên tâm và mặt cắt tiếp tuyến của gỗ cũng hút nước rất chậm Diện tích mặt cắt ngang lớn giúp tăng tốc độ hút nước, 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 có ý nghĩa thực tiễn trong kỹ thuật ngâm tẩm gỗ bằng hóa chất Độ ẩm của gỗ 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 phù hợp Đối với loại gỗ có khả năng hút nước lớn, tốc độ hút nước nhanh, dịch nấu dễ dàng thẩm thấu vào gỗ trong quá trình sản xuất bột giấy, nhưng có thể gây thiếu keo trên bề mặt dán dính trong sản xuất ván nhân tạo nếu độ nhớt của keo không được điều chỉnh hợp lý.
Hiện nay, nghiên cứu về tính chất của cây Gáo Vàng còn hạn chế, nhưng từ những năm 30 của thế kỷ trước, các nhà khoa học Nga và Đức đã tiến hành nghiên cứu về gỗ Mỡ Họ đã áp dụng các phương pháp vật lý và hóa học để xử lý gỗ, giúp các chất xử lý thấm vào vách tế bào và tạo ra các liên kết giữa các thành phần gỗ, từ đó tăng mật độ và cường độ của gỗ (Đào Xuân Thu, 2011) [6] Để khắc phục nhược điểm của phương pháp biến đổi tính chất gỗ bằng 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 độ chịu lực của gỗ biến tính Một trong những phương pháp đơn giản là ngâm tẩm, trong đó gỗ được ngâm trong dung dịch hóa chất, sau đó loại bỏ nước và gia nhiệt để keo đóng rắn, tạo ra sản phẩm không thấm nước Phương pháp này có ưu điểm là hệ số co giãn kích thước nhỏ, nhưng lại tiêu tốn nhiều hóa chất (Đào Xuân Thu, 2011) [6].
Trong Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của Đào Xuân Thu (2011), tác giả V.E.Vikhrov đã chỉ ra rằng việc sử dụng nhựa P-F để ngâm gỗ và sau đó trùng ngưng vật liệu này mang lại kết quả rất tốt Các nhựa hòa tan trong nước sẽ thâm nhập vào cấu trúc mao quản và khe hở giữa các vách tế bào gỗ, khiến gỗ ở trạng thái trương nở tối đa Đồng thời, 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 đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để hoá dẻo gỗ trước hoặc trong quá trình nén ép định hình, bao gồm hấp luộc, gia nhiệt cao tần, và gia nhiệt sóng ngắn, phương pháp này rất phổ biến tại Nhật Bản và mang lại 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 chất của gỗ (Đào Xuân Thu, 2011) [6].
Trong Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của Đào Xuân Thu (2011), Stamm được ghi nhận là người đầu tiên áp dụng amoniac để hoá mềm gỗ vào năm 1955 Phương pháp này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng hoá mềm hầu hết các loại gỗ lá rộng, thời gian thực hiện 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 Mặc dù các tính chất của gỗ thay đổi sau khi hoá mềm bằng amoniac và qua quá trình nén ép, nhưng nghiên cứu về vấn đề này vẫn chưa được thực hiện 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 phù hợp với gỗ mạch vòng, trong đó một miếng kim loại được ép vào đầu mẫu gỗ và đặt trong thiết bị áp lực Thiết bị được đưa vào lò với kích thước 0.3 x 5 x 5m, sau đó hút chân không và tăng nhiệt độ lên 130 - 150 độ C để kim loại nóng chảy, khiến gỗ chìm xuống dưới Áp suất được tăng lên 4-16.6 MPa trong khoảng 20-60 phút, sau đó loại bỏ áp suất và làm lạnh trước khi kim loại đông cứng Quá trình này làm tăng 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, nhờ vào việc kết hợp với các cao phân tử và cacbua hydro không bão hòa Quá trình này sử dụng năng lượng tia chiếu xạ và chất xúc tác gia nhiệt để tạo ra gỗ polyme phức hợp (WPC), có tính ổn định kích thước cao hơn gỗ nguyên WPC có cường độ, độ rắn, và khả năng chịu mài mòn được cải thiện, đồng thời có ngoại quan đẹp, bảo trì đơn giản và độ bền cao, trở thành vật liệu kiến trúc lý tưởng Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ và Liên Xô đã sử dụng tia γ để tạo ra WPC chất lượng cao, và nhiều quốc gia khác cũng áp dụng các nguồn năng lượng khác, bao gồm 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 bằng Polyethylenglycol (PEG) giúp giảm thiểu sự trương nở và co rút, ngăn ngừa biến dạng, cong vênh và nứt vỡ PEG được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản gỗ cổ, như gỗ cổ bị chôn vùi dưới sông băng ở Mỹ, gỗ tàu chiến Wasa chìm ở Thụy Điển, và các công trình kiến trúc tại các đền cổ Nhật Bản, tất cả đều được xử lý hiệu quả bằng PEG Gần đây, Trung tâm kỹ thuật bảo hộ văn vật tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc, cũng đã nghiên cứu về ứng dụng 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 1960, nhà máy gỗ Cầu Đuống đã sản xuất sản phẩm tay đập và thoi dệt từ ván mỏng dán ép nhiều lớp, đánh dấu sự ra đời của sản phẩm gỗ biến tính đầu tiên tại Việt Nam theo phương pháp nhiệt - hoá - cơ (Đào Xuân Thu, 2011).
Trong Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của Đào Xuân Thu (2011), đã đề cập rằng vào cuối những năm 1980, Nguyễn Trọng Nhân và cộng sự tại Viện Công Nghiệp Rừng đã tiến hành nghiên cứu tẩm dung dịch Phenolformaldehyd và nén ép gỗ Vạng Trứng với tỷ suất nén 40 - 45% Phương pháp này, kết hợp giữa nhiệt, hóa và cơ, đã giúp nâng cao độ bền cơ học và độ cứng của gỗ gấp 2 - 3 lần so với gỗ nguyên.
Nghiên cứu về loài Lát Mêhicô của Đỗ Văn Bản và Lưu Quốc Thành
Hệ số co rút thể tích của gỗ Lát Mêhicô được xác định là 0.39 và 0.41%, xếp vào nhóm gỗ co rút "Trung bình", tương tự như các loại gỗ Bồ kết, Cà ổi, và Máu chó lá to Gỗ này có khả năng chịu nén dọc ở mức "Trung bình", so sánh với các loại gỗ như Lim vang và Mỡ vàng tâm Tuy nhiên, sức chịu uốn của gỗ Lát Mêhicô chỉ từ "Thấp" đến "Rất thấp", tương đương với các loại gỗ như Sấu và Gù hương.
Ý nghĩa của việc nghiên cứu
Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu
Khối lượng riêng của gỗ
Khối lượng riêng là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá giá trị của gỗ, ảnh hưởng đến nhiều tính chất vật lý và cơ học khác nhau Nó có mối liên hệ chặt chẽ với sức co giãn của gỗ, với sự khác biệt theo các chiều thớ Gỗ nặng có khả năng truyền nhiệt cao hơn gỗ nhẹ, đồng thời khối lượng riêng cũng quyết định độ cứng và khả năng chịu mài mòn của gỗ Cấu trúc của gỗ ảnh hưởng đến khối lượng riêng, do đó, gỗ có khối lượng riêng thấp thường có cường độ cơ học thấp Khối lượng riêng là nhân tố then chốt trong việc sử dụng nguyên liệu gỗ.
Tính chất co rút
Quá trình co rút của gỗ tươi không đồng đều theo ba chiều do sự sắp xếp tế bào và cấu trúc vách tế bào Trong thân cây, phần lớn tế bào xếp dọc theo thân, với khoảng 90% thể tích là gỗ lá rộng, trong khi tia gỗ sắp xếp theo chiều ngang Các mixen trong tế bào chủ yếu song song với trục dọc, dẫn đến việc co dãn xuyên tâm nhỏ hơn so với chiều tiếp tuyến Sự khác biệt này, đặc biệt giữa hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến, dễ gây ra biến hình, cong vênh và nứt nẻ.
Tính chất giãn nở
Sức giãn nở của gỗ là khả năng hút nước khi ngâm trong nước, thể hiện qua độ hút nước Độ 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, và gỗ lõi hút nước chậm hơn gỗ giác Mặt cắt xuyên tâm và mặt cắt tiếp tuyến của gỗ cũng hút nước rất chậm Diện tích mặt cắt ngang lớn giúp tăng tốc độ hút nước, 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 có ý nghĩa thực tiễn trong kỹ thuật ngâm tẩm gỗ bằng hóa chất Độ ẩm của gỗ ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và cơ học, đặc biệt trong giới hạn độ ẩm bão hòa thớ gỗ Trong công nghệ, cần chú ý đến đặc điểm này để lựa chọn độ ẩm gỗ phù hợp Đối với loại gỗ có khả năng hút nước lớn, tốc độ hút nước nhanh, dịch nấu dễ dàng thẩm thấu vào gỗ trong quá trình nấu bột giấy, nhưng trong 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.