nâng cao chất lượng gỗ mỡ ( manglietia conifera dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học

Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu ñể nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới ñể thay thế gỗ rừng tự nhiên, chúng tôi thực hiện luận án: “Nghiên c

ĐÀO XUÂN THU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: GS.TS HÀ CHU CHỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS.TS TRẦN VĂN CHỨ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực

và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Đào Xuân Thu

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi gửi lời cám ơn chân thành

tới GS.TS Hà Chu Chử, PGS.TS Trần Văn Chứ ñã tận tình giúp ñỡ và chỉ bảo

tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án

Nhân dịp này cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới Đảng Uỷ, Ban Giám

Hiệu, Cán bộ các Phòng ban, Khoa Nông Lâm Nghiệp Trường Đại học Tây

Nguyên ñã cho phép và ñộng viên tôi ñể tôi hoàn thành luận án

Nhân dịp này cũng cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới các Ông (Bà) Lãnh

ñạo viện, các Ông (Bà) Lãnh ñạo các phòng ban chức năng thuộc Viện Khoa

học Lâm Nghiệp Việt Nam, Khoa Chế Biến Lâm Sản Trường Đại học Lâm

Nghiệp ñã giúp tôi hoàn thành luận án

Xin chân thành cảm ơn Ông Nguyễn Văn Bản, Trưởng Phòng Tài

Nguyên; TS Lê Thanh Chiến cùng các cán bộ nghiên cứu Phòng Chế biến

Lâm Sản ñã tạo mọi ñiều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí

nghiệm, tài liệu, thông tin khoa học ñể tôi hoàn thành luận án

Xin chân thành cảm ơn các Nhà Khoa học: PGS.TS Hoàng Nguyên,

PGS.TS Nguyễn Trọng Nhân, PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, PGS.TS Phạm

Văn Chương, TS Trần Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Cảnh Mão, TS Nguyễn Thị

Bích Ngọc ñã có những ý kiến ñóng góp quý báu giúp tôi hoàn thành luận

án

Qua ñây, cũng xin ñược gửi lời cảm ơn tới gia ñình tôi ñã ñộng viên và

tạo ñiều kiện tốt nhất ñể tôi hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày 4 tháng 10 năm 2011

Tác giả luận án

Đào Xuân Thu

Chương 1 Tổng quan vấn ñề nghiên cứu biễn tính gỗ 4

Chương 2 Mục tiêu, ñối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 11

3.1 Cơ sở khoa học của quá trình biến tính gỗ 29 3.2 Cơ sở khoa học của ổn ñịnh kích thước gỗ bằng biến tính gỗ 35

4.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ, thời gian ngâm và nhiệt ñộ dung dịch

Polyetylenglycol (PEG-600) ñến tỷ lệ co rút và giãn nở của Gỗ Mỡ biến

5.3 Xác ñịnh sự phân bố PEG trong tế bào Gỗ Mỡ biến tính 82 Chương 6.Thành phần hóa học, một số tính chất cơ học và tính chất công

6.3 Ảnh hưởng của PEG-600 ñến chất lượng màng trang sức 89

6.5 Đề xuất sơ ñồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91

Các công trình có liên quan của tác giả ñã công bố 95

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

Hình 2.1: Mô hình bài toán xác ñịnh các thông số tối ưu khi tạo gỗ Mỡ

Hình 4.2 Tạo mẫu gỗ Mỡ biến tính theo thông số tối ưu 68 Biểu ñồ 4.1 Biểu ñồ biểu diễn ñộ hút ẩm của gỗ Mỡ biến tính và

Biểu ñồ 4.4 Biểu ñồ biểu diễn tỷ lệ PEG của gỗ Mỡ biến tính tối ưu và

Hình 5.4 Mặt cắt ngang (ñộ phóng ñại 600 lần) 80 Hình 5.5 Mặt cắt xuyên tâm (ñộ phóng ñại 400 lần) 80 Hình 5.6 Mặt cắt tiếp tuyến (ñộ phóng ñại 600 lần) 80 Hình 5.7 Kínhhiển vi ñiện tử quét SEM (Hitachi S-4800) tại Viện

Khoa học và Công nghệ Việt Nam

84

Hình 5.8: Hình ảnh SEM của mẫu gốc M1 (a,c) ở ñộ phóng ñại 2000

lần và mẫu M2 (b,d) ở ñộ phóng ñại 5000 lần 85 Hình 6.1 Sơ ñồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91

Bảng 4.3 Tỷ lệ co rút theo chiều tiếp tuyến (%) 58

Bảng 4.5 Tỷ lệ co rút theo chiều dọc thớ (%) 61 Bảng 4.6 Tỷ lệ giãn nở theo chiều tiếp tuyến (%) 62

Bảng 4.8 Tỷ lệ giãn nở theo chiều dọc thớ (%) 65 Bảng 4.9 Độ ẩm ban ñầu của mẫu gỗ thí nghiệm 68 Bảng 4.10 Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ ñược xử lý PEG 69

MỞ ĐẦU

Hiện nay khi gỗ mọc nhanh rừng trồng ñang ñược trồng rất nhiều ở các nước trên thế giới thì xu thế nghiên cứu biến tính theo hướng thay ñổi tính chất gỗ có lợi cho người sử dụng là ñiều hết sức cần thiết Nhu cầu của xã hội

về sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất lượng Trong khi ñó, gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm Gỗ của nhiều loại cây rừng trồng có ưu ñiểm: sinh trưởng nhanh, có khả năng tái sinh tự nhiên tốt song gỗ mềm, nhẹ tỷ trọng thấp hơn nhiều so với một số loài gỗ rừng tự nhiên, chính vì vậy gỗ rừng trồng ít ñược dùng vào sản xuất hàng mộc dân dụng, ñặc biệt là hàng mộc cao cấp và mỹ nghệ Do ñó việc nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng là cần thiết và có ý nghĩa chiến lược

Trên thế giới hiện nay, có hai hướng chế biến gỗ ñã ñược khẳng ñịnh là: nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao chất lượng gỗ

Từ cuối thế kỷ XX, các công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy, xẻ hiện ñại ñã phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ

Hiện nay, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tính năng cơ, vật lý gỗ

ñã và ñang ñược quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới Theo xu hướng này, hiện có 5 phương pháp biến tính gỗ, ñó là: nhiệt-cơ; nhiệt-hoá-cơ; hoá-cơ; hoá học và bức xạ-hoá học Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt và không nén chặt Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỷ trọng, polyme hoá Mục ñích của các phương pháp trên ñều nhằm nâng cao khối lượng thể tích và ñộ bền của gỗ

Trong mấy năm gần ñây ngành công nghiệp chế biến gỗ của Việt Nam

ñã có những bước phát triển vượt bậc; sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam

ñã có mặt trên thị trường của 120 nước trên thế giới Kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ năm 2006 ñạt 1,93 triệu USD; năm 2007 ñạt 2,4 tỷ USD; năm 2008

ñạt 2,8 tỷ USD; năm 2009 ñạt 2,7 tỷ USD; và dự kiến năm 2010 ñạt 3 tỷ USD

(Nguồn VnEconomy 19/11/2009) Hiện nay, ñồ gỗ ñược xem như là mặt hàng

xuất khẩu chủ lực và ñược xếp vào 16 mặt hàng trọng ñiểm xúc tiến thương mại Quốc gia

Thực hiện chỉ thị số 19/1999/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày

16 tháng 7 năm 1999 về việc thực hiện các biện pháp ñẩy mạnh tiêu thụ gỗ rừng trồng và chỉ thị số 19/2004/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 01 tháng 6 năm 2004 về một số giải pháp phát triển ngành chế biến gỗ và xuất khẩu sản phẩm gỗ; ngành chế biến gỗ Việt Nam và các nghành kinh tế liên quan ñã tích cực, chủ ñộng tìm kiếm nguyên liệu, cải tiến công nghệ, thiết bị

… ñể ñẩy mạnh phát triển sản xuất và xuất khẩu ñồ gỗ Tuy nhiên khó khăn hiện nay của Việt Nam là vấn ñề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập khẩu 80% nguyên liệu, trong ñó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm

tỷ lệ rất lớn Nhưng trong tương lai gần nhập gỗ càng khó khăn vì nhiều nước

ở nhiệt ñới sẽ cấm xuất khẩu gỗ

Trong khi ñó, với nỗ lực của các chương trình trồng rừng, chúng ta ñã

có ñược một sản lượng lớn gỗ rừng trồng Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ rất lớn, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm phục vụ chế biến sản phẩm mộc truyền thống, mộc xây dựng, mộc cao cấp ngày càng hiếm, vì vậy việc nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng là yêu cầu cấp bách ñặt ra

Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu ñể nâng cao chất lượng

gỗ rừng trồng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới ñể thay thế gỗ rừng tự nhiên, chúng tôi thực hiện luận án:

“Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy)

rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học”

Đối tượng nghiên cứu của luận án là: gỗ Mỡ rừng trồng ở tuổi 15 và hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) dùng ñể ngâm mẫu gỗ Mỡ là loại gỗ

có cấu tạo ñồng nhất, dể sấy, dễ gia công; thớ gỗ thẳng, dễ ngâm tẩm, bảo quản, khối lượng thể tích nhỏ, phù hợp làm nguyên liệu cho ván ghép thanh, phôi mộc và ñang ñược trồng tương ñối phổ biến tại Việt Nam Hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) là một cao phân tử có phân tử lượng tương ñối thấp do ñó khi ngâm tẩm hóa chất dễ dàng thấm vào gỗ

Phạm vi nghiên cứu: trong khuôn khổ luận án chúng tôi nghiên cứu tính ổn ñịnh kích thước của gỗ Mỡ rừng trồng (gỗ ở tuổi 15) khi ta ngâm mẫu

gỗ trong dung dịch hóa chất Polyethylenglycol (PEG-600) Địa ñiểm lấy mẫu

gỗ Mỡ nghiên cứu: tại Tỉnh Tuyên Quang, ñây là nơi trồng nhiều Gỗ Mỡ nhất tại Việt Nam

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ 1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ

1.1.1 Trên thế giới

Từ những năm 30 thế kỷ trước, các nhà khoa học Nga, Đức…ñã nghiên cứu và công bố tài liệu nói về gỗ biến tính Các nhà khoa học ñã dùng phương pháp vật lý, hóa học hay kiêm dụng cả hai loại ñể xử lý gỗ, làm cho chất xử lý thấm ñọng vào trong vách tế bào, hoặc làm phát sinh mối liên kết giao nhau giữa các thành phần của gỗ, từ ñó làm cho mật ñộ của gỗ tăng lên, cường ñộ của gỗ cũng ñược nâng cao, như vậy gọi là cường ñộ hóa gỗ [31, tr.13]

Để khắc phục nhược ñiểm của phương pháp biến tính gỗ bằng phương pháp nhiệt cơ, các nhà khoa học ñã nghiên cứu và ñưa vào trong gỗ một số chất hóa học nhằm ổn ñịnh hình dạng và kích thước sản phẩm ñồng thời cũng tăng cường ñộ chịu lực của gỗ biến tính Một trong những loại hình sản phẩm ñơn giản nhất khi sử dụng hóa chất là gỗ ngâm tẩm Đó là kiểu biến tính gỗ khi ngâm ngập gỗ trong dung dịch hóa chất, sau ñó sấy ñể loại bỏ bớt nước rồi gia nhiệt cho keo ñóng rắn lại tạo sản phẩm không thấm nước Loại hình này có ưu ñiểm rất rõ là hệ số co giãn kích thước nhỏ nhưng lại tốn hóa chất

Theo tác giả V.E Vikhrov sẽ thu ñược kết quả rất tốt khi sử dụng nhựa P-F ñể ngâm gỗ, sau ñó trùng ngưng vật liệu này Các nhựa hòa tan trong nước này sẽ dịch chuyển vào các cấu trúc của các mao quản và khe hở giữa các vách tế bào gỗ, khi ñó gỗ sẽ ở trạng thái trương nở nhiều nhất

Gỗ ñược tẩm các nhựa hòa tan trong nước sẽ giữ ñược ổn ñịnh kích thước khi nhúng gỗ vào trong nước, khi ñó sẽ làm tăng khả năng bền vững với acid và làm tăng ñộ cứng Theo tác giả Z.A Rogovin, khi tẩm gỗ với các nhựa tổng hợp sẽ ñạt ñược các kết quả khả quan và cũng có nhiều loại hợp chất khác nhau ñể lựa chọn hợp lý cho yêu cầu sản phẩm

G.L.Angendorf (1982) ñã ñề xuất hàng loạt phương pháp biến tính gỗ

Ví dụ: dung dịch Urea-Formadehyde có khối lượng phân tử thấp ñược tẩm vào gỗ với áp lực nhất ñịnh, sau ñó nó ñược trùng hợp ở nhiệt ñộ không nhỏ hơn 106-1100C trong môi trường dòng ñiện cao tần Gỗ biến tính ñược dùng trong công nghệ ñóng tàu thuyền

V.M.Khrulev, tại Trường Đại học Công nghệ Belarutxia ñã ñề xuất qui trình công nghệ biến tính gỗ bằng nhựa tổng hợp Phenol-Formadehyde- furfural, tạo ra sản phẩm gỗ biến tính có một loạt tính chất cơ lý và một số tính chất khác cao hơn so với gỗ nguyên liệu

Các nước phát triển ñã sử dụng nhiều phương pháp từ ñơn giản ñến phức tạp ñể hoá dẻo gỗ trước khi (hoặc ñồng thời) nén ép ñịnh hình như: hấp luộc; gia nhiệt cao tần; gia nhiệt sóng ngắn (phổ biến tại Nhật Bản và hiệu quả hoá mềm rất tốt); xử lý bằng chất hoá học bằng kiềm như: amoniac, urea

Stamm là người ñầu tiên sử dụng amoniac ñể hoá mềm gỗ vào năm

1955 Phương pháp này có ưu ñiểm hoá mềm triệt ñể hầu như tất cả các loại

gỗ lá rộng; thời gian ngắn, áp lực nén thấp, ít phế phẩm và tỷ lệ phục hồi nhỏ Các nhân tố ảnh hưởng ñến mức ñộ hoá mềm gỗ gồm: thời gian, nhiệt ñộ, áp lực ngâm tẩm, biện pháp xử lý sau khi hoá dẻo, và loại gỗ Các tính chất của

gỗ thay ñổi sau khi ñược hoá mềm bằng amoniac và sau quá trình nén ép với mức ñộ khác nhau, nhưng chưa ñược nghiên cứu ñầy ñủ mang tính hệ thống [31, tr.134]

Cường ñộ hóa gỗ do H.S Chmidt người Đức nghiên cứu và ñưa vào sản xuất năm 1930 Phương pháp này thích hợp với loại gỗ mạch vòng thuộc loại gỗ giác: ép một miếng kim loại vào ñầu mẫu gỗ, rồi ñặt mẫu vào thiết bị

áp lực, ở dưới ñáy của thiết bị ñã có kim loại phải xử lý Đưa thiết bị vào trong lò (có kích thước 0.3 x 5 x 5m) và ñóng thiết bị lại rồi hút chân không, tăng nhiệt ñộ lên 130-1500C, kim loại nóng chảy, gỗ bị dìm xuống dưới mặt

kim loại nóng chảy Sau ñó loại bỏ chân không rồi tăng áp lên tới 4-16.6 MPa, duy trì thời gian xử lý trong khoảng 20-60 phút, loại bỏ áp suất, mở thùng, làm lạnh trước khi kim loại ñóng rắn rồi lấy mẫu ra, cạo sạch kim loại dính trên bề mặt, nhiệt ñộ xử lý khoảng 2000C, áp suất xử lý: 0.35 MPa Do ñặc ñiểm ñó khối lượng thể tích tăng rất lớn, ñặc biệt là ñộ cứng tĩnh và khả năng chống cháy [31, tr.40]

Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, người ta sử dụng gỗ cường hóa làm ổ

ñỡ chân vịt tàu thủy

Sau khi ñưa vào gỗ một số cao phân tử phân tử lượng thấp hoặc cacbua hydro không bão hòa có cầu ñôi Lợi dụng năng lượng của tia chiếu xạ, chất xúc tác gia nhiệt mà làm cho các hóa chất trên kết hợp với gỗ và ñóng rắn lại,

gỗ ñược làm như vậy gọi là gỗ polyme phức hợp (viết tắt là WPC) WPC so với gỗ nguyên thì tính ổn ñịnh kích thước rất cao Các loại chỉ tiêu: cường ñộ (ñộ rắn, ép, chịu mài mòn) ñều tăng lên rất nhiều, ngoại quan ñẹp, bảo dưỡng ñơn giản, bền lâu là vật liệu kiến trúc tốt

Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ) ñã dùng tia γ chiếu xạ gây phản ứng ña tụ ở các ñơn thể tẩm vào trong gỗ tạo nên sản phẩm chất lượng cao WPC, sau ñó nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học ñã sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau trong ñó có cả năng lượng nguyên tử vào mục ñích này

Năm 1965, trong hội thảo chuyên ñề ở New York các nhà khoa học Mỹ

ñã giới thiệu thành tựu ñưa chất dẫn ñể tẩm gỗ và dùng xúc tác gia nhiệt ñể sản xuất gỗ WPC [31, tr 82]

Năm 1968, công ty hóa chất ARCO của Mỹ ñã dùng tia γ bức xạ WPC Sản phẩm này chủ yếu dùng làm sàn, chịu mài mòn cao, có ñộ cứng cao Ván sàn loại này không cần trang sức và rất khó cháy, thích hợp với nơi công

cộng, ñông người như: ga tàu ñiện ngầm, phòng ñợi, sân bay, siêu thị, sàn nhảy, khách sạn cao cấp Tuy giá thành nó cao nhưng tuổi thọ gấp 9-11 lần gỗ nguyên liệu

Từ năm 1970 Mỹ ñã có 3 công ty dùng bức xạ ñể sản xuất WPC, hình thành hệ thống công nghiệp sản xuất WPC tạo ra hơn 100 loại hình sản phẩm Gần ñây, WPC ñã vượt quá con số 2 triệu m2

Ở Pháp, các nhà khoa học dùng bức xạ γ ñể sản xuất WPC có tính ổn ñịnh cao, giá thành sản phẩm giảm tới 40%

Ở Anh, WPC dùng làm cán dao, nhạc cụ, dụng cụ thể thao Ở Tây Ban Nha sử dụng WPC làm thoi dệt rất thành công Ở Ba Lan dùng WPC làm miếng ñệm ở tà vẹt, ñưa khả năng chịu chịu xung kích lớn gấp mấy chục lần

so với gỗ nguyên liệu

Năm 1984, Học viện Công Nghiệp Rừng Hoa Đông và Nhà máy gỗ Thượng Hải sản xuất WPC bằng cây gỗ lá rộng dùng cho ñiêu khắc cũng ñạt kết quả tốt Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc tiến hành WPC bằng gỗ Keo trắng cũng cho kết quả tốt

Việc nghiên cứu WPC ở Trung Quốc vẫn còn những hạn chế nhất ñịnh

do giá thành cao và khống chế quá trình phản ứng chưa triệt ñể, nên việc mở rộng sản xuất WPC còn gặp nhiều khó khăn

Tại Canada, Phần Lan, Thụy Điển, Nam Mỹ… cũng ñã xây dựng hàng loạt các công xưởng nhà máy sản xuất WPC dùng chiếu xạ γ ñể sản xuất vật liệu xây dựng cung cấp cho nước mình, họ ñã sản xuất hàng loạt ván sàn WPC mang tính hàng hóa

Tại Ý một số nhà máy ñã dùng Styrene làm ñơn chất ñể mỗi ngày sản xuất ñược 3m3 WPC dùng làm cúc áo, ñiện thoại và các sản phẩm khác

Từ xa xưa, con người ñã biết dùng Polyethylenglycol ñể bảo quản gỗ

Gỗ ñược ngâm tẩm quét Polyethylenglycol (PEG) rất có hiệu quả làm giảm sự

trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong vênh, nứt vỡ do nguyên nhân trên gây nên Polyethylenglycol ñược sử dụng rộng rãi trong việc bảo quản gỗ cổ xưa Ví như, gỗ cổ xưa bị chôn vùi dưới sông băng hơn 3 vạn năm tại Mỹ - Gỗ tàu thuyền của chiến hạm Wasa bị chìm ñắm tại cảng Thụy Điển, quần thể kiến trúc tại các ñền cổ của Nhật Bản, tất cả ñều ñược xử

lý bảo quản bằng PEG mà hiệu quả mỹ mãn Mấy năm gần ñây Trung tâm kỹ thuật bảo hộ văn vật của tỉnh Thiểm Tây - Trung Quốc cũng ñã triển khai nghiên cứu về phương diện này

Stamm ñã nghiên cứu sự dán dính của ván mỏng ñược xử lý bằng dung dịch polyetylenglycol (PEG-1000) với những nồng ñộ khác nhau ñối với các loại keo dán ñã kết luận như sau: tính trang sức của gỗ xử lý PEG-1000 kém hơn gỗ chưa xử lý, ñặc biệt là khi dùng chất phủ có dung môi bay hơi - nitrocellulose, polyetylenglycol ñóng vai trò tác dụng như là một dung môi làm cho sự khô ñóng rắn của màng chất phủ bị phá hoại [31, tr.57]

Với gỗ Vân Sam Bắc Mỹ ñược xử lý bằng dung dịch PEG-1000 tan

trong nước với các loại nồng ñộ dùng nấm Lenzilestrebea cấy thí nghiệm trên

mẫu tiêu chuẩn tiến hành trong 3 tháng khi tỷ lệ tồn ñọng của PEG lớn hơn 18% do thành phần nước hút vào PEG sự lớn lên của nấm phá hoại gỗ nhất thiết cần có nước sinh lý trong tế bào trở nên ít mà gỗ ñược xử lý không phát sinh hiện tượng phá hoại [31, tr.58]

1.1.2 Trong nước

Việc nghiên cứu sử dụng các sản phẩm gỗ biến tính ở Việt Nam ñến nay vẫn còn ở mức ñộ phòng thí nghiệm Những năm 60 của thế kỷ XX, Nhà máy gỗ Cầu Đuống ñã sản xuất sản phẩm tay ñập và thoi dệt từ ván mỏng dán

ép nhiều lớp, có thể coi ñây là sản phẩm gỗ biến tính ñầu tiên ở Việt Nam, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ

Cuối những năm 1980, Nguyễn Trọng Nhân và các cộng sự ở Viện Công Nghiệp Rừng (Viện KHLN Việt Nam ngày nay) ñã nghiên cứu tẩm dung dịch Phenolformaldehyd và nén ép với tỷ suất nén 40-45% nhằm biến tính gỗ Vạng Trứng ñể làm thoi dệt, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ Kết quả

ñã nâng cao ñộ bền cơ học, ñộ cứng gấp 2-3 lần gỗ nguyên

Vũ Huy Đại và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm Nghiệp ñã nghiên cứu ảnh hưởng của ñơn yếu tố tỷ suất nén ñến một số tính chất của gỗ biến tính

Trần Văn Chứ và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp trong Đề tài Khoa học Công nghệ cấp bộ (2005): “nghiên cứu công nghệ và thiết bị biến tính gỗ có khối lượng riêng thấp thành nguyên liệu chất lượng cao”, ñã nghiên cứu quy trình biến tính gỗ bằng PEG-1000 ñối với 4 loại gỗ: Bồ ñề, Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm Kết quả nghiên cứu cho thấy: các loại gỗ trên sau khi ñược xử lý bằng dung dịch PEG-1000 thì tỷ lệ co rút ñều giảm rõ rệt và tính chất cơ học của gỗ thì có ảnh hưởng không nhiều

Phạm Văn Chương và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp trong

Đề tài Khoa học Công nghệ cấp bộ (2005): “Nghiên cứu sự thay ñổi của tính chất vật lý, cơ học, hoá học của gỗ Sa Mộc và gỗ Mỡ theo tuổi cây làm cơ sở cho việc sử dụng hai loại gỗ này trong công nghiệp sản xuất ván ghép thanh”,

ñã nghiên cứu một cách rất cơ bản về tính chất vật lý, cơ học, hoá học của gỗ

Sa Mộc và gỗ Mỡ Kết quả nghiên cứu cho thấy: Gỗ Mỡ phù hợp cho nhiều mục ñích sử dụng như: sản xuất ñồ mộc, ván nhân tạo, bột giấy…Tuy nhiên

về ñặc tính công nghệ và tính năng sử dụng, gỗ Mỡ còn một số tồn tại như: cấu tạo không ñều theo phương bán kính làm cho gỗ dễ bị biến dạng trong quá trình sử dụng, gỗ rất dễ bị nấm, mốc phá hoại, ñộ bền tự nhiên thấp

Việc sử dụng polyetylenglycol ñể bảo quản gỗ ñã ñược áp dụng từ lâu trên thế giới và rõ ràng tác dụng bảo quản gỗ bằng PEG có những ưu ñiểm nổi trội: làm giảm sự trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong vênh, nứt vỡ [31, tr.54], nhưng trên thế giới cũng chưa có nhiều công trình chuyên sâu vào nghiên cứu, ñánh giá tác ñộng của PEG ñối với gỗ

Tại Việt Nam, các nghiên cứu của các tác giả nêu trên về tác ñộng của PEG vào một số loại gỗ nghiên cứu cũng ñơn thuần dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, tài liệu về biến tính gỗ bằng PEG không nhiều, cơ chế và bản chất của quá trình biến tính hoá học bằng PEG vẫn còn là vấn ñề chưa rõ

Do ñó ñể áp dụng vào thực tế sản xuất tạo ra các loại gỗ biến tính (bằng cách ngâm tẩm PEG) tại Việt Nam là vấn ñề cần phải nghiên cứu bài bản và ñi sâu hơn

Luận án: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học” với mục ñích là

nâng cao ổn ñịnh kích thước cho gỗ Mỡ rừng trồng ñể từ ñó nâng cao giá trị

sử dụng của loại cây này là một vấn ñề hết sức cần thiết và có ý nghĩa

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

Trong luận án, chúng tôi chọn loại gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy)

15 tuổi ñược khai thác tại huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang Lý do chúng tôi chọn gỗ Mỡ ở ñộ tuổi 15 là vì: ở tuổi này Gỗ Mỡ ñã ñạt tiêu chuẩn thành thục công nghệ, ñường kính ñạt khoảng 17-20cm, chiều cao khoảng 16-19m, chất lượng gỗ ñáp ứng ñược yêu cầu của ván ghép thanh và tỷ lệ thành khí tương ñối cao

2.2.2 Hoá chất

Chúng tôi chọn dung dịch Polyethylenglycol (PEG-600): là một polyme của etylen glycol có công thức chung HOCH2-(CH2OCH2)n-CH2OH, trong ñó n là ñộ polyme hóa trung bình PEG - 600 là Polyethylenglycol có khối lượng phân tử là 600; Tỷ trọng 1,10 (50/40C); Điểm ñóng rắn: 20-250C;

Độ nhớt: 10 cst (1000C); PEG - 600 tồn tại ở dạng lỏng, không màu, không mùi, không ñộc hại ñối với người và gia súc và tan trong nước với bất kỳ tỷ lệ nào; PEG là một chất tan trong nước không màu, không mùi, khi phân tử

lượng cao ở trạng thái rắn khi nhiệt ñộ không khí (200C), khi phân tử lượng thấp ở trạng thái lỏng PEG không có tính ñộc ñối với người và gia súc, nguy

cơ cháy thấp Thông thường PEG tồn tại dưới dạng hỗn hợp của nhiều cao phân tử với ñộ trùng hợp khác nhau PEG thích hợp cho việc xử lý gỗ tươi và ướt, nồng ñộ dung dịch xử lý từ 25-30% (dung môi là nước) Nhiệt ñộ xử lý là nhiệt ñộ phòng, thời gian và nhiệt ñộ xử lý căn cứ vào ñộ dày, loại gỗ và lượng ngấm cần xử lý mà quyết ñịnh Khi xử lý ñộ ẩm của gỗ lớn thì tỷ lệ tồn ñọng của PEG trong gỗ cũng lớn, Khả năng chống trương nở của gỗ ñược xử

lý cũng cao Do ñó với gỗ tươi hiệu quả xử lý tốt hơn gỗ khô [31].

Chúng tôi sử dụng phương pháp ngâm thường ñể tiến hành thí nghiệm

2.2.3 Các yếu tố thay ñổi

Trong luận án, chúng tôi lựa chọn các yếu tố thay ñổi sau:

- Các cấp nồng ñộ dung dịch Polyethylenglycol (PEG-600): chúng tôi lựa chọn các cấp nồng ñộ N (%): 10; 15; 20; 25, 30

- Chọn các cấp nhiệt ñộ: tham khảo tài liệu [31] và dựa vào ñiểm ñóng rắn của PEG - 600 là 20-250C, do ñó chúng tôi chọn các cấp nhiệt ñộ t (0C): 20; 30; 40; 50; 60

- Thời gian ngâm gỗ: do mẫu gỗ thí nghiệm nhỏ (theo TCVN) nên chúng tôi chọn thời gian ngâm theo các cấp sau: [τ (giờ): 2; 4; 6; 8; 10]

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu ñặc ñiểm cấu tạo, tính chất vật lý, hoá học và tính chất cơ học của gỗ Mỡ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch PEG-600, thời gian tẩm và nhiệt ñộ tẩm ñến tỷ lệ co rút và giãn nở của gỗ Mỡ biến tính

- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch PEG-600 ñến ổn ñịnh kích thước gỗ

Mỡ biến tính; sự biến ñổi về thành phần hoá học và một số tính chất cơ học chủ yếu của gỗ Mỡ trước và sau biến tính

- Nghiên cứu cơ chế biến tính Gỗ Mỡ bằng PEG-600

- Đề xuất sơ ñồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ rừng trồng

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

(1) Chọn rừng, chọn cây, cắt khúc, lấy mẫu và xác ñịnh tính chất

cơ, vật lý của gỗ theo tiêu chuẩn Việt nam từ TCVN 355-70

ñến TCVN 370-70 (ñã sửa ñổi năm 1998) [22]

(2) Phân tích thành phần hoá học gỗ theo ГOCT 11485-65; GB

2677.3-81, GB 2677.4-81, GB 2677.7-81

(3) Sử dụng phương pháp phân tích thống kê ñể xử lý và ñánh

giá kết quả theo TCVN

2.4.2.2 Đối với nội dung nghiên cứu biến tính gỗ Mỡ

Chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm trong luận án gồm: kế hoạch thực nghiệm ñơn yếu tố và kế hoạch thực nghiệm ña yếu tố

Trong kế hoạch thực nghiệm ñơn yếu tố và ña yếu tố, các số liệu ño ñếm theo mô hình bố trí thí nghiệm sẽ ñược xử lý theo phương trình toán học bậc nhất trước Khi xử lý số liệu, nếu các số liệu tính toán ñảm bảo tính tương thích của mô hình toán học thì mô hình toán bậc nhất ñược chấp nhận Nếu không tương thích thì phải nâng bậc của mô hình toán lên bậc hai

Trong tính toán tìm ra phương trình tương quan, chúng tôi chọn ra mô hình toán học ở dạng bậc hai Quá trình kiểm tra theo thống kê toán học nếu ñảm bảo ñộ tin cậy của các yếu tố và tính tương thích của mô hình thì các phương trình tương quan sẽ ở dạng bậc 2

a Kế hoạch thực nghiệm ñơn yếu tố

Chúng tôi tiến hành các thí nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm ñơn yếu

tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch PEG-600, nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến ổn ñịnh của gỗ Mỡ biến tính

Thực nghiệm ñơn yếu tố ñược tiến hành theo các bước sau:

+ Thực hiện thí nghiệm với thông số thay ñổi với số mức không nhỏ hơn

4, khoảng thay ñổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép ño giá trị thông số ñó Số thí nghiệm lặp lại n = 3 (theo tính toán)

+ Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác ñịnh ñộ tin cậy về ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch PEG-600, nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến ổn ñịnh của gỗ

Mỡ biến tính

+ Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, ñể chứng tỏ ảnh hưởng khác ñối với thông số cần xét là không có hoặc không ñáng kể

+ Kiểm tra ñộ tương thích của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher

Trong kế hoạch thực nghiệm ñơn yếu tố:

+ Biến số là:

Các cấp nồng ñộ N của dung dịch PEG (%): 10; 15; 20; 25, 30

Các cấp nhiệt ñộ dung dịch t (0C): 20; 30; 40; 50; 60

Các cấp thời gian ngâm: τ (giờ): 2; 4; 6; 8; 10

+ Quan hệ giữ các hàm chỉ tiêu Y và các thông số ảnh hưởng xi:

Y = bo + bi xi + bii xi2 (2.1)

Trong công thức (2.1): Y - các hàm chỉ tiêu (tỷ lệ co rút, tỷ lệ giãn nở );

xi- giá trị mã hóa của các biến số; bo – hệ số tự do; bi – các hệ số tuyến tính;

bii : - các hệ số bậc hai

b Kế hoạc thực nghiệm ña yếu tố

Mục ñích của kế hoạch ña yếu tố là nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch PEG-600, nhiệt ñộ và thời gian ngâm ñến ổn ñịnh của gỗ Mỡ biến tính

Có thể diễn tả mô hình khối bài toán tối ưu trong nghiên cứu thực nghiệm tạo gỗ Mỡ biến tính theo sơ ñồ hình 2.1

Nhiệt ñộ (X1) Tỷ lệ co rút, dãn nở (Y1)

Thời gian ngâm (X2) Tỷ lệ PEG trong gỗ (Y2)

Nồng ñộ dung dịch (X3) Khả năng chống trương nở (Y3)

Hình 2.1 Mô hình bài toán xác ñịnh các thông số tối ưu khi tạo gỗ

Mỡ biến tính

Như ñã chọn và từ kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình bài toán tối ưu

ở hình 2.1 thuộc dạng bậc hai Quan hệ giữa hàm Y và các thông số x1, x2…

xn ñược mô tả bằng phương trình hồi quy ña thức bậc hai [17, tr.46]:

2 1

i ij i

k

i

b b

bij (i ≠ j) – Các hệ số tương tác lặp

bii – Các hệ số bậc 2

Xi – giá trị thực của các thông số vào

Xio - giá trị mức cơ sở của các thông số

∆Xi - bước thay ñổi của các thông số

k - số thông số thí nghiệm

i - Các yếu tố, i = 1 ; 2 ; n

Để tiến hành ngâm tẩm gỗ trong dung dịch hoá chất PEG-600 Các thí nghiệm ñược bố trí ñộc lập với nhau theo từng cấp nồng ñộ, nhiệt ñộ và thời gian ngâm

+ Các thí nghiệm của luận án tiến hành theo kế hoạch thực nghiệm các yếu tố rút gọn (TYR) [17], [21]

+ Tổng số thí nghiệm: N= k(2m + 2m + 1) = 45 [17] (2.3)Trong công thức (2.3): k - số lần lặp lại (theo tính toán k = 3); m- các biến số thí nghiệm (m = 3) Các mức thí nghiệm và bước thay ñổi của các thông số thí nghiệm ñược trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Các mức, bước thay ñổi của các thông số thí nghiệm

Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm N

2 2

Để kiểm nghiệm “giả ñịnh không” so sánh F với Fb, nếu F > Fb thì ảnh hưởng của các yếu tố là ñáng tin cậy Fb - chuẩn Fisher tra bảng với mức ý nghĩa α = 0,05 và 2 bậc tự do (k-1), k(m-1)

+ Tính ñồng nhất của phương sai ñánh giá qua tiêu chuẩn Kohren [17]:

∑

=

= N

u u

S

S G

1 2

2 max (2.5)

• Phân tích ñánh giá mô hình hồi quy bậc 2

Phần này, chúng tôi sử dụng chương trình phần mềm (OPT) trên máy

vi tính của Viện cơ Điện Nông Nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Bộ Nông nghiệp và Phát tiển Nông thôn ñể xử lý kết quả thực nghiệm bậc hai

(1) Kiểm tra ñộ tương thích của mô hình hồi quy

Độ tương thích của mô hình hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Giá trị tính toán của tiêu chuẩn Fisher là:

2 2

b

a tt

S

mS

F = (2.6)Trong ñó:

S – phương sai do nhiễu tạo ra

Bậc tự do ở ñây bao gồm: ka = N – k*; kb = N(m-1); m - số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm

Nếu Ftt nhỏ hơn giá trị Fisher tra bảng với bậc tự do ka, kb với mức ý nghĩa α = 0,05 thì mô hình tương thích

(2) Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy

Mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Student Chuẩn Student của từng hệ số hồi quy tính theo công thức:

(3) Chuyển phương trình hồi quy sang dạng chính tắc

Để phương trình hồi quy ở dạng ñơn giản hơn và phản ánh rõ tính chất hình học của nó, cần chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng chính tắc bằng cách rời gốc toạ ñộ O(x1 = 0, x2 = 0, …xk = 0) về ñiểm ñặc biệt: S(xs1, xs2,…xsk) Ở dạng chính tắc phương trình hồi quy sẽ là:

2 i k

B y

y (2.8)

Trong công thức (2.8): ys - cực trị của hàm tối ưu; Xi – các thông số vào theo giá trị mới; Bii - hệ số của phương trình chính tắc; k - số thông số

• Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao ñổi giá trị phụ

Haimes là người ñề xướng phương pháp trao ñổi giá trị phụ ñể giải bài toán tối ưu ña mục tiêu Theo Haimes, bài toán tối ưu ña mục tiêu ñược chuyển về bài toán một mục tiêu như sau:

Y1 -→ min Với ñiều kiện: Yj(xi) < εj ; j ≠ 1 ; j = 1, 2,…, m

Hàm mục tiêu ñược biểu diễn theo phiếm hàm Lagrăngiơ dạng tổng:

Y1(x*, λ*) = F (x*, λ*) và ∂F/∂xi = 0 và ∂F/∂ λji = 0

Từ ñó giải hệ (n + m) phương trình:

∂F/∂xi = 0; i = 1, 2, …, n

Yj - εj = 0; j = 1, 2, …, m ñối với các ẩn xi và λji sẽ tìm ñược các giá trị x1*, x2*,…, xn* xác ñịnh cực trị của hàm mục tiêu F Căn cứ giá trị của λji*, chọn các giá trị εj ñể tìm lời giải phù hợp

2.4.2.3 Xác ñịnh ñộ ẩm cho mẫu gỗ thí nghiệm

Để xác ñịnh ñộ ẩm cho mẫu gỗ thí nghiệm chúng tôi dùng phương pháp cân sấy Các bước tiến hành như sau:

+ Tạo mẫu thí nghiệm theo kích thước thanh phôi ñơn cho ván ghép thanh với kích thước: (n x b x l mm) tương ñương với (25 x 50 x 350 mm) Trong ñó:

n: chiều dày thanh phôi ñơn (mm)

b: chiều rộng thanh phôi ñơn (mm)

l: chiều dài thanh phôi ñơn (mm)

Từ mẫu thí nghiệm có kích thước như trên, cách ñầu thanh gỗ 300mm, cắt lấy một mẫu gỗ có kích thước (10 x 50 x 50mm), từ mẫu gỗ này ta lại cắt xung quanh ñể ñược mẫu gỗ có kích thước (10 x 30 x 30mm) Làm như thế ñể tránh hiện tượng ñộ ẩm gỗ ñã bị giảm ở phía ngoài và phía ñầu gỗ do hiện tượng bay hơi nước từ lúc xẻ gỗ ñến lúc lấy mẫu Cứ như vậy trên 20 thanh

gỗ ta lấy ñược 20 mẫu khác nhau (có kích thước như nhau) Đem ñánh số các mẫu trên rồi ñem cân với ñộ chính xác là 1/1000 gam, sau ñó cho vào tủ sấy với nhiệt ñộ 1050C Cứ sau 2 giờ cân 1 lần, ñến khi nào cân 3 lần liên tiếp mà khối lượng gỗ không thay ñổi thì coi như là gỗ ñã khô kiệt Chú ý khi lấy mẫu

ra cân, mẫu gỗ phải ñược ñặt trong bình thủy tinh có nắp kín cách ẩm, trong ñựng chất hút ẩm

Độ ẩm ban ñầu của gỗ trước khi sấy ñược tính theo công thức:

(%) 100

Trong ñó:

m1 : khối lượng mẫu trước khi sấy (g)

m0 : khối lượng mẫu sau khi sấy khô kiệt là (g)

W: ñộ ẩm ban ñầu của gỗ trước khi sấy (%)

2.4.2.4 Xác ñịnh lượng hóa chất thấm vào gỗ

Lượng thuốc thấm ñược xác ñịnh theo phương pháp cân ño, ñược tính toán theo công thức sau:

Trong ñó:

mt: lượng thuốc khô tính trên 1 ñơn vị thể tích gỗ (kg)

m1: khối lượng gỗ trước khi tẩm (kg)

m2: khối lượng gỗ sau khi tẩm (kg)

Hình 2.2 Sơ ñồ xác ñịnh ñộ sâu thấm thuốc trên tiết diện ngang mẫu gỗ

Chúng tôi dùng Cobalt thiocyanate ñể làm chất chỉ thị màu Cobalt thiocyanate khi ñính với hỗn hợp cellulose-PEG sẽ hình thành 1 hỗn hợp (phức) không tan trong dung dịch xylene Phần gỗ bị thấm PEG sẽ bị nhuộm thành màu xanh da trời còn gỗ không bị thấm PEG thì vẫn giữ nguyên màu sắc tự nhiên ban ñầu của gỗ Chú ý: Cobalt thiocyanate chỉ ñính riêng với PEG, và sau khi ngâm, dùng xylene ñể (rửa) loại bỏ hoàn toàn PEG và cobalt thiocyanate thừa vì hỗn hợp PEG/cobalt thiocyanate còn sót lại sẽ có màu

xanh da trời của hợp chất cobalt thiocyanate Sau khi rửa bằng xylene, các mẫu gỗ tẩm PEG vẫn giữ nguyên màu xanh da trời của thuốc nhuộm

Dùng thước kẹp ño từ 4 ñiểm giữa của 4 cạnh mặt cắt ñể xác ñịnh chiều sâu của thuốc thấm (hình 2.2) Như vậy mỗi mẫu ít nhất có 8 lần

ño, giá trị trung bình của 8 lần ño này là ñộ sâu thấm thuốc trong gỗ của một mẫu

2.4.2.6 Xác ñịnh tỷ lệ PEG

Xác ñịnh tỷ lệ PEG trong gỗ (%): việc xác ñịnh tỷ lệ PEG trong gỗ

ñược thực hiện như sau: các mẫu sau khi ñã xử lý ñược cắt thành 5 lớp liên tục có chiều dày bằng nhau và ñược ñánh theo số thứ tự từ 1, 2, 3, 4 và 5 Lớp

1 và lớp 5 là hai lớp ngoài cùng tương ứng ở mặt trên và mặt dưới, lớp 2 và lớp 4 tương ứng tiếp giáp với lớp 1 và lớp 5, lớp 3 là lớp nằm ở giữa Sau khi phân lớp, ñưa vào tủ sấy ñến khô kiệt, sau ñó lấy mẫu ra và dùng chất chỉ thị màu Cobalt thiocyanate bôi lên trên bề mặt mẫu cắt Dựa trên diện tích của phần mẫu ñã thấm thuốc PEG với diện tích bề mặt mẫu thử sẽ xác ñịnh ñược

tỷ lệ % của PEG tồn tại trong gỗ biến tính

2.4.2.7 Chỉ tiêu ñánh giá ñộ ổn ñịnh kích thước của gỗ Mỡ biến tính a) Khả năng chống trương nở (ASE)

% 100

V

V V

Trong ñó: Vc: tỷ lệ trương nở thể tích của gỗ khi chưa xử lý

Vt: tỷ lệ trương nở thể tích của gỗ qua xử lý

Do tỷ lệ co rút hoặc trương nở theo chiều dọc thớ là rất bé, thông thường chỉ ño xác ñịnh tỷ lệ trương nở và co rút theo phương pháp tuyến

+ ASE > 0: quá trình xử lý ñạt hiệu quả

+ ASE = 100%: vật liệu hoàn toàn ổn ñịnh

+ ASE = 0%: quá trình xử lý không có hiệu quả gì ñối với sự ổn ñịnh kích thước

+ ASE < 0: quá trình xử lý có kết quả ngược lại ñối với sự ổn ñịnh kích

ba vị trí ño lần trước ñược l2, a2 và b2 Tính tỉ lệ co rút theo công thức:

Chiều dọc thớ: Yl (%) = [(l1 – l2)/l1)] x 100 (2.13) Chiều xuyên tâm: Yx (%) = [(a1 – a2)/a1)] x 100 (2.14) Chiều tiếp tuyến: Yt (%) = [(b1 – b2)/b1)] x 100 (2.15) Trong ñó: l, a, b – kích thước theo chiều dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến

Yl , Yx , Yt - tỉ lệ co rút tối ña ba chiều

• Xác ñịnh tỷ lệ dãn nở chiều dài

Chúng tôi sử dụng mẫu gỗ sau biến tính, kích thước (20x20x10 mm) Mẫu ñược sấy khô kiệt Đo kích thước ba chiều tại vị trí giữa mẫu chính xác tới 0,01 mm ñược l1, a1 và b1 Sau ñó cho gỗ hút nước ñến bão hòa (kích thước hai lần ño liên tiếp không thay ñổi), ño lại kích thước ở ba vị trí ño lần trước ñược l2, a2 và b2 Tính tỉ lệ dãn nở tối ña theo công thức:

Chiều dọc thớ: Yl (%) = [(l2 – l1)/l1)] x 100 (2.16) Chiều xuyên tâm: Yx (%) = [(a2 – a1)/a1)] x 100 (2.17) Chiều tiếp tuyến: Yt (%) = [(b2 – b1)/b1)] x 100 (2.18) Trong ñó: l, a, b – kích thước theo chiều dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến

Yl , Yx , Yt - tỉ lệ co rút tối ña ba chiều

• Xác ñịnh tỷ lệ co rút thể tích

Chúng tôi sử dụng mẫu gỗ sau biến tính, kích thước (20x20x30 mm) Đo kích thước ba chiều tại vị trí giữa mẫu chính xác tới 0,01 mm ñược l1, a1 và b1

ñể tính thể tích V1 Cho mẫu vào sấy ñến khi khô kiệt (W = 0%), lấy mẫu ra,

ño lại kích thước ở ba vị trí ño lần trước ñược l2, a2 và b2 ñể tính thể tích V2 Tính tỉ lệ co rút thể tích theo công thức:

Yv (%) = [(V1 – V2)/V1)] x 100 (2.19)

• Xác ñịnh tỷ lệ dãn nở thể tích

Chúng tôi sử dụng mẫu gỗ sau biến tính, kích thước (20x20x30 mm) Cho mẫu vào sấy ñến khi khô kiệt (W = 0%), Đo kích thước ba chiều tại vị trí giữa mẫu chính xác tới 0,01 mm ñược l1, a1 và b1 ñể tính thể tích V1 Sau ñó ngâm gỗ vào nước ñến bão hòa (kích thước hai lần ño liên tiếp không thay ñổi), ño lại kích thước ở ba vị trí ño lần trước ñược l2, a2 và b2 ñể tính thể tích

V2 Tính tỉ lệ dãn nở thể tích theo công thức:

Yv (%) = [(V2 – V1)/V1)] x 100 (2.20)

b Khả năng chống lại sự hút ẩm (MEE)

% 100

M

M M MEE (2.21) Trong ñó: Mc: tỷ lệ hút ẩm của gỗ khi chưa xử lý (%)

Mt: tỷ lệ hút ẩm của gỗ ñã xử lý (%)

c Khả năng chống lại sự hút nước (RWA)

% 100

W

W W RWA (2.22) Trong ñó: Wc: tỷ lệ hút nước của gỗ khi chưa xử lý (%)

WT: tỷ lệ hút nước của gỗ sau xử lý (%)

d Tỷ lệ tăng thể tích (B)

% 100

V

V V

B (2.23) Trong ñó: Vc: Thể tích khô tuyệt ñối của gỗ không qua xử lý (cm3)

VT: Thể tích khô tuyệt ñối của gỗ của gỗ ñã xử lý (cm3)

2.4.2.8 Đánh giá ảnh hưởng của PEG ñến trang sức bề mặt gỗ

Gia công mẫu thử bám dính của màng trang sức theo tiêu chuẩn Tiệp Khắc CNS 673085 Tên của phương pháp: phương pháp kẻ ô vuông

Nguyên tắc: trên bề mặt gỗ có tráng chất phủ, ta dùng dao nhọn sắc kẻ

5 ñường song song và 5 ñường song song khác vuông góc với nhau tạo ra những ô vuông trên bề mặt ván (theo hình 2.3):

Hình 2.3 Các cấp ñộ ñánh giá chất lượng bám dính của màng trang sức

Mẫu thử ñể trong ñiều kiện:

Cấp ñộ

A4

Cấp ñộ A5

Đánh giá ñộ bám dính của màng chất phủ: sau khi rạch ô vuông trên bề mặt ván ta dùng ngón tay xoa nhẹ trên bề mặt ván Sau ñó quan sát và ñánh giá mức ñộ bong (bám dính) theo 5 cấp ñộ như sau:

Cấp ñộ A1: Bám dính tốt Không có vết bong, các cạnh ô vuông nhẵn

2.4.2.9 Xác ñịnh ñộ ăn mòn kim loại của PEG trên gỗ Mỡ

Dùng phương pháp thử ñộ ăn mòn kim loại của Schikorr (Nga) ñể thử: Nội dung phương pháp thử như sau:

+ Chuẩn bị mẫu gỗ: gỗ Mỡ kích thước (50 x 30 x 15mm)

+ Các mẫu gỗ ñược ngâm trong dung dịch PEG (theo chế ñộ ngâm tối ưu), sau ñó ñược sấy khô

+ Dùng ñinh vít cấy vào mẫu gỗ

+ Thời gian kiểm tra: 2 tháng

+ Tẩy gỉ bằng dung dịch axit HCl

+ Tiêu chuẩn ñánh giá:

Đánh giá ñộ hao hụt khối lượng của ñinh vít theo công thức:

Trong ñó:

K: ñộ ăn mòn kim loại (%)

m1: khối lượng ban ñầu của mẫu thử (g)

m2: khối lượng mẫu sau khi thử (g)

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH GỖ

Biến tính gỗ thực chất là quá trình làm biến ñổi cấu tạo của gỗ về vật lý

hoặc hoá học Gỗ ñược cấu tạo từ các tế bào, khi tế bào gỗ trưởng thành sẽ có dạng hình ống, như vậy tạo nên cấu trúc xốp trong gỗ, các ống mạch tạo thành

hệ mao dẫn có tính thẩm thấu nước và ẩm từ môi trường Mặt khác, trong gỗ giữa các vách tế bào và các lỗ rỗng ở vách tế bào tạo thành khoảng mao dẫn của lớp thứ nhất, chứa ñầy không khí, nước, các chất chiết xuất Khoảng không gian giữa chúng và phía giữa các mạch cellulose tạo thành khoảng mao

dẫn thứ hai Đường kính mao dẫn khoảng 5 - 6 µm Tổng thể tích khoảng mao dẫn biểu thị qua ñộ xốp Công thức biểu diễn tính ñộ xốp như sau:

% 100 ) 1

ρ0 - khối lượng thể tích gỗ khô tuyệt ñối (g/cm3);

ρgB - khối lượng thể tích của các chất trong gỗ (g/cm3), (ρgB = 1.53 g/cm3)

Đặc tính ñó quyết ñịnh tính chất của gỗ về mặt vật lý và cơ học Vì vậy trên cơ sở cấu tạo của gỗ có thể sơ bộ ñánh giá ñược chất lượng của gỗ, ñặc trưng là ñộ rộng của vòng năm, ñộ dầy của lớp gỗ muộn, sự phân lớp, ñộ lớn và sự phân bố của thớ gỗ Mặt khác, nước chứa trong gỗ ảnh hưởng nhiều ñển trạng thái của gỗ Gỗ chứa nước tự do và nước liên kết Hàm lượng nước

ở lõi gỗ lá kim mới chặt hạ, tuỳ thuộc vào loài và ñiều kiện gây trồng, biến ñộng trong khoảng 35-70%, còn ở phần giác hàm lượng nước gấp 2 -3 lần so với lõi Trong gỗ lá rộng sự chênh lệch về hàm lượng nước ít hơn so với gỗ lá kim Hàm lượng nước phân bố không ñểu trong thân cây, cành cây và cũng biến ñổi theo mùa trong năm Tính chất của gỗ biến ñổi nhiều khi ñộ ẩm giảm xuống dưới mức ñộ bão hoà thớ gỗ (khoảng 30%) Giữ gỗ trong không khí với nhiệt ñộ và ñộ ẩm nào ñó thì các loài gỗ ñều ñạt tới ñộ ẩm cân bằng như nhau Sự giảm hàm lượng nước liên kết dẫn tới sự co rút của gỗ Làm mất hoàn toàn hàm lượng nước liên kết gây ra sự rút ngắn chiều dài của gỗ (theo chiều tiếp tuyến 6-10%, theo chiều xuyên tâm 3-5%, dọc sợi gỗ 0,1- 0,3%) và

co rút thể tich (12- 15%) Gỗ có khả năng hút ẩm từ môi trường không khí làm tăng hàm lượng nước liên kết và trương lên Sự khác nhau trong co rút và trương theo hướng khác nhau là nguyên nhân cơ bản của hiện tượng cong vênh của gỗ Co rút và trương nở trong ñiều kiện ñộ ẩm liên kết phân bố