Nghiên cứu xử lý gỗ rừng trồng bằng hợp chất silic và boron nhằm nầng cao ổn định kích thước và khả năng chống cháy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --- BÙI HỒNG NAM NGHIÊN CỨU XỬ LÝ GỖ RỪNG TRỒNG BẰNG HỢP CHẤT SILIC VÀ BORON NHẰM NÂNG CAO ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC V

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

BÙI HỒNG NAM

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ GỖ RỪNG TRỒNG BẰNG HỢP CHẤT SILIC VÀ BORON NHẰM NÂNG CAO ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nô ̣i - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

BÙI HỒNG NAM

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ GỖ RỪNG TRỒNG BẰNG HỢP CHẤT SILIC VÀ BORON NHẰM NÂNG CAO ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy

Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

Hà Nô ̣i - 2011

i

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng

biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Bích Ngọc người đã tận tình hướng dẫn,

giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Lâm nghiệp, khoa Chế biến lâm sản, Viện khoa học lâm nghiệp, phòng bảo quản lâm sản-Viện khoa học lâm nghiệp, Trung tâm thí nghiệm – khoa chế biến lâm sản – Trường Đại học Lâm nghiêp, khoa Sau Đại học - Trường đại học Lâm nghiệp và các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy các môn trong chương trình đào tạo thạc sỹ

Tôi xin cam đoan số liệu điều tra, khảo sát và thu thập, xử lý là trung thực và được trích dẫn rõ ràng

Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2011

Bùi Hồng Nam

ii

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt v

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng hợp chất Boron và Silic để xứ lý chống cháy và ổn định kích thước gỗ 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 7

1.1.3 Tính cấp thiết vấn đề cần nghiên cứu 10

1.2 Khái niệm biến tính gỗ 11

1.3 Biến tính gỗ bằng hợp chất vô cơ 13

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 14

2.1.1 Mục tiêu tổng quát 14

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 14

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 14

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu: 14

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 14

2.3 Nội dung nghiên cứu 14

2.4 Phương pháp nghiên cứu 15

2.4.1 Chuẩn bị mẫu thử và dụng cụ thí nghiệm 15

iii

2.4.2 Phương pháp tuyển chọn hợp chất silic và boron có khả năng nâng

cao độ độ ổn định kích thước gỗ và chống cháy cho gỗ 18

2.4.3 Phương pháp tẩm hóa chất xử lý gỗ đã tuyển chọn vào gỗ Keo lai 18

2.4.4 Kiểm tra khả năng ổn định kích thước của gỗ sau xử lý 19

2.4.5 Kiểm tra khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý 20

2.5 Địa điểm nghiên cứu 21

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN 22

3.1 Gỗ Keo lai 22

3.2 Thành phần hóa học gỗ và vấn đề biến tính gỗ 24

3.3 Ổn định kích thước gỗ 28

3.4 Quá trình cháy của gỗ và cơ chế chống cháy 31

3.4.1 Quá trình cháy của gỗ 31

3.4.2 Cơ chế chống cháy cho gỗ 34

3.5 Cơ chế xử lý gỗ bằng hợp chất silic và boron 39

3.6 Cơ sở lý luận về quá trình thấm hóa chất vào gỗ 42

3.6.1 Cơ chế thấm hóa chất vào gỗ 42

3.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm tẩm gỗ 49

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55

4.1 Lựa chọn các công thức hóa chất xử lý gỗ trên cơ sở các hợp chất của silic và boron 55

4.2 Kết quả kiểm độ ổn định kích thước của gỗ sau xử lý 60

4.2.1 Khả năng thấm của các công thức hóa chất đã lựa chọn vào gỗ Keo lai đối với mẫu ổn định kích thước 60

4.2.2 Khả năng chống trương nở của gỗ Keo lai sau xử lý (ASE) 63

4.2.3 Hiệu quả làm căng tế bào của gỗ sau xử lý (B) 67

4.3 Khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý 69

iv

4.3.1 Khả năng thấm thuốc của các công thức hóa chất đã lựa chọn vào

gỗ Keo lai đối với mẫu dùng chống cháy 69 4.3.2 Tỷ lệ tổn thất khối lượng của gỗ 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CĐ Chế độ xử lý

ĐC Mẫu đối chứng

4.3 Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu

ổn định kích thước đã được phân nhóm 62 4.4 Kết quả tính toán khả năng chống trương nở ASE 64

4.5 Kết quả tính toán khả năng chống trương nở ASE đã

4.6 Kết quả tính toán hiệu quả làm căng tế bào của gỗ (B) 67

4.7 Kết quả tính toán hiệu quả làm căng tế bào của gỗ (B)

4.8 Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu

4.9 Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu

4.10 Kết quả tính toán tỷ lệ tổn thất khối lượng M của gỗ 73 4.11 Kết quả tính toán tỷ lệ tổn thất khối lượng M của gỗ

3.4 Mô hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ 30

3.6

Cơ chế phản ứng của các chất chống cháy khi gia nhiệt trở

thành acid hoặc bazơ

36

4.11 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ tổn thất khối lượng của gỗ 73

2 tỷ USD, năm 2007 là 2,4 tỷ USD và năm 2008 đạt 2,8 tỷ USD, sản phẩm đồ

gỗ của Việt Nam đã có mặt trên 120 quốc gia trên thế giới thông qua hơn gần 1.000 doanh nghiệp xuất khẩu trực tiếp và gián tiếp Những thị trường lớn của Việt Nam là Hoa Kỳ (chiếm 38-41%), EU (chiếm 28-44%) và Nhật Bản

(chiếm 12-15%) thị phần giá trị sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam (Báo cáo quy hoạch Chế biến gỗ Việt Nam, 2011)

Theo số liệu từ Tổng cục Hải Quan, kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của Việt nam trong tháng 4/2011 đạt 332,33 triệu USD, tăng 0,8% so với tháng 3/2011 và tăng tới 33% so với cùng kỳ năm ngoái

Lũy kế trong 4 tháng đầu năm 2011, kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của nước ta đạt 1,166 tỷ USD, tăng 14,6% so với cùng kỳ năm 2010, hoàn thành 29,2% kế hoạch năm, mức kỷ lục trong lịch sử xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của Việt Nam

Trong 4 tháng đầu năm 2011, Hoa Kỳ liên tục duy trì là thị trường xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ lớn nhất của Việt Nam, với kim ngạch đạt 388,38 triệu USD, chiếm 33,3% tổng kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của nước ta trong 4 tháng năm 2011 Kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ sang 3 thị trường Châu Á là Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc đều tăng rất mạnh, tăng lần lượt 88,02%, tăng 28,67% và tăng 93,23% so với cùng kỳ năm

ngoái.( Tổng công ty lâm nghiệp Việt Nam –Vinafor ,2011 )

2

Mặc dù vậy, trong những năm gần đây do sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu về nguyên liệu gỗ ngày càng gia tăng, trong khi đó nước ra đang thực hiện chính sách đóng cửa rừng tự nhiên Vì vậy, gỗ rừng trồng đang trở thành nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất của ngành công nghiệp chế biến

Gỗ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống bởi hàng loạt các ưu điểm như có hệ số phẩm chất cao, mềm, dễ gia công, chế biến, dễ trang sức,…Bên cạnh những ưu thế đó, gỗ rừng trồng còn có những nhược điểm đó là gỗ mềm nhẹ, tỷ trọng thấp, tính chất cơ, vật lý thấp, khả năng chịu tác động của môi trường tự nhiên kém, màu sắc không đẹp Vì gỗ có khả năng hút ẩm, nhả ẩm dẫn đến bị thay đổi kích thước Hơn nữa nó là vật liệu dị hướng nên mức độ thay đổi kích thước theo các chiều không giống nhau, do

đó gỗ dễ biến hình, nứt nẻ, cong vênh Tính co rút, dãn nở của gỗ không chỉ gây khó khăn trong quá trình gia công, chế biến, sử dụng mà còn hạn chế khả năng sử dụng gỗ trong môi trường có sự biến động lớn về độ ẩm Đây là nhược điểm lớn của gỗ phát sinh trong quá trình chế biến và sử dụng

Chính vì thế, vấn đề nghiên cứu các giải pháp công nghệ biến tính gỗ nhằm nâng cao chất lượng gỗ là một trong những xu hướng đã và đang được quan tâm trên thế giới

Với mong muốn góp phần vào quá trình nghiên cứu xử lý nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng, tôi được giao thực hiện luận văn tốt nghiệp:

“Nghiên cứu xử lý gỗ rừng trồng bằng hợp chất Silic và Boron nhằm nâng cao ổn định kích thước và khả năng chống cháy”

3

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng hợp chất Boron và Silic để xứ lý chống cháy và ổn định kích thước gỗ

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

a/ Nghiên cứu chống cháy cho gỗ và vật liệu gỗ

Gỗ là loại vật liệu rất dễ cháy, do đó việc làm sao có thể tăng thêm khả năng chống cháy hay ngăn cản khả năng bắt cháy của gỗ là một vấn đề được nhân loại quan tâm chú ý từ rất sớm Người Hy Lạp và người Lã Mã từ cách đây hàng nghìn năm đã sử dụng phèn và giấm để ngâm gỗ trước khi đóng tàu thuyền đi biển, năm 83 trước công nguyên, niên giám Claudius còn ghi chép rằng: lô cốt bằng gỗ dùng để bao vây tấn công cảng khẩu Piraeus của Hy Lạp

đã được xử lý bằng một dung dịch dạng muối sunphat kẽm với mục đích là nhằm cản trở sự bắt cháy Đây có thể coi là kỹ thuật làm chậm cháy đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử nhân loại [26 ]

Những nghiên cứu thực sự về chống cháy cho gỗ ở thời hiện đại được ghi nhận từ những năm cuối thế kỷ 16 đến đầu thế kỷ 17, khi các yêu cầu về xây dựng và kiến trúc ở cuối thời kỳ Phục Hưng tại Châu Âu trở nên phức tạp và đòi hỏi yêu cầu cao hơn thời kỳ trước Năm 1683, Nikolas Sabbattini sau các nghiên cứu độc lập về chống cháy đã đưa ra khuyến nghị nên dùng các loại chất phủ có pha trộn đất sét hoặc đá vôi để xử lý cho kết cấu gỗ khi xây dựng các công trình rạp hát nổi tiếng tại Italia Năm 1735, Jonathan Wild

đề xuất sử dụng phèn để xử lý chống cháy cho các kết cấu gỗ xây dựng tại Anh [ 26 ]

Năm 1820, Fuchs sau các thử nghiệm hết sức nghiêm túc cuối cùng đã phủ lên các kết cấu gỗ tại nhà hát Munich (Đức) bằng hợp chất Silicat kiềm Năm 1821, Gay-Lussac theo yêu cầu của vua Louis XVIII (Pháp) đã nghiên

4

cứu và thử nghiệm rất nhiều phương pháp xử lý chống cháy cho gỗ, cuối cùng

đã chủ trương dùng ammonium phosphate và borax để xử lý chống cháy cho

gỗ hoặc các vật liệu khác có nguồn gốc từ Cellulose

Lịch sử nghiên cứu chống cháy của gỗ và sản phẩm gỗ bắt đầu từ năm

1907, muộn hơn so với nghiên cứu ván dăm Lúc đó người ta cho MgO, MgCl2, MgBr2 vào trong các loại ván, tương tự như ván amiăng bây giờ Do

có thành phần halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và ngay lập tức được các nhà sản xuất chấp nhận.[ 3 ]

Năm 1940, các công trình nghiên cứu của hãng “Bankroft” đã công bố một số chất chống cháy vô cơ (chất chống cháy muối bazơ), các sáng chế của Z.A Rogovin cùng các cộng tác viên đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ (chất cloparaffin) Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy nhóm Bo, hợp chất kim loại Đến năm 1960 S.M.Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy hệ P-N, nhóm halozen [3]

Vào những năm 1970 đến 1980, các nhà khoa học Liên Xô cũ đã tạo ra chất chống cháy axít photphoric đa tụ Chất này được tạo ra do các phản ứng của urê, meelamin với axít photphoric (H3PO4) Chất chống cháy này được sử dụng nhiều để xử lý các loại vải chống cháy, trong ván dăm, ván sợi

Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống cháy ký hiệu (A-PP) có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1 được tạo ra Nó là một hợp chất dạng bột màu trắng, có khả năng chống cháy tốt, khả năng tan trong nước 0.1 – 6% Vào những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra loại keo U.D.PF; MDPF; H3PO4 PFAC; H3BO3 MFAC; H3PO4 MFAC có khả năng chống cháy.[3]

Đến năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã dùng phương pháp tẩm áp lực và tẩm bằng dòng cao tần Cũng vào những năm này các nhà khoa

Haruhiko Yamaguchi và cộng sự (2003) nghiên cứu sử dụng hỗn hợp axit silic và axit boric để tẩm vào gỗ và kết quả thử nghiêm đánh giá hiệu lực phòng mối và khả năng chống cháy cho gỗ được đánh giá tốt [9]

Qingwen Wang, Jian Li, Jerrold E.Winady (2004), nghiên cứu về cơ chế kháng cháy của hỗn hợp Boric – Borax Hợp chất Boron là thành phần cơ bản của rất nhiều chất chống cháy cho gỗ và các vật liệu nguồn gốc cellulose khác Muối Borax có tác dụng hạn chế sự cháy có ngọn nhưng lại có thể làm tăng sự cháy âm ỷ hoặc cháy lan tỏa Boric axit lại có tác dụng ngăn chặn sự cháy lan tỏa nhưng chỉ có tác dụng nhỏ đối với việc hạn chế sự cháy có ngọn Chính vì vậy, sự kết hợp giữa borax và boric axit thường được sử dụng trong các hợp chất chống cháy [ 26 ]

Bởi gỗ là vật liệu xốp-mao dẫn, dị hướng có khả năng hút và nhả ẩm từ môi trường xung quanh dẫn tới sự thay đổi kích thước, hình dạng và các tính chất cơ lý của gỗ làm ảnh hưởng đến thời gian sử dụng và độ bền của sản phẩm Với mục đích sử dụng gỗ và vật liệu gỗ một cách hiệu quả, một số công trình nghiên cứu xử lý tăng tính ổn định kích thước cho gỗ bằng hợp chất Silic và Boron đã được công bố

Haruhiko Yamaguchi (1994) tiến hành bằng cách dùng dung dịch SAMS để xử lý đối với gỗ Liễu sam Nhật bản, từ đó nâng cao tính ổn định kích thước và cường độ cho gỗ [ 9 ]

Ergun Baysal, Mustafa Kemal Yalinkilic, Mustafa Altinok, Huseyin Peker, Mehmet Colak (2005), xử lý wood polymer composite (WPC) bằng

6

hỗn hợp Boric-Borax nồng độ 1%, sau đó đánh giá tính chất vật lý, cơ học, sinh học và khả năng chậm cháy của gỗ qua xử lý Kết quả thu được cho thấy,

gỗ xử lý với hỗn hợp BB có khả năng chống 2 loại nấm Tyromycetes palustris

và Coriolus versicolor, đồng thời khả năng chống cháy của gỗ tăng Tuy

nhiên, hệ số chống trương nở ASE, độ bền uỗn tĩnh, modun đàn hồi lại giảm S.Nami kartal và cộng sự (2007), đã nghiên cứu xử lý gỗ bằng dung dịch silicon dạng sữa để hạn chế mức độ rửa trôi của Boron trong gỗ tẩm kết quả nghiên cứu cho rằng khi hợp chất của Silic tẩm vào gỗ trong điều kiện xử

lý nhất định sẽ hình thành liên kết S-C và liên kết S-O các liên kết này bền với nước tức là làm giảm khẳ năng hút ẩm của gỗ từ đó hạn chế mức độ rửa trôi của Boron.[9]

S.Nami kartal và cộng sự (2008) tiếp tục nghiên cứu kỹ thuật xử lý gỗ bằng các hợp chất Silic và Boron với 2 cách thức đó là xử lý đơn và xử lý kép, các mẫu xử lý qua Sylan cho thấy hàm lượng Bo bị rửa trôi có thể giảm 40% so với mẫu chỉ xử lý đơn bằng axit boric [9]

S.Nami Katal, Tsuyoshi Yoshimurab and Yuji Imamurab (2008) đã sử

dụng thành phần Silic kết hợp với Boron để xử lý biến tính gỗ Kết quả nghiên cứu đã khẳng định: khi dùng hỗn hợp Silic kết hợp với Boron để xử lý biến tính gỗ đã làm tăng khả năng chống mối, mọt; khả năng chống nấm môc

và tăng độ bền tự nhiên của gỗ.[ 9 ]

Zeki Candan, Nadir Ayrilmis, Turgay Akbulut, nghiên cứu về khả năng

ổn định kích thước của ván định hướng (OSB) khi xử lý chậm cháy Ván OSB được sản xuất từ gỗ Sồi, xử lý chậm cháy bằng các loại hợp chất Diammonium phosphate (DAM), Monoammonium phosphate (MAP), hỗn hợp Boric-Borax (1:1), Lime Water Khả năng ổn định kích thước của ván sau

xử lý kiểm tra qua việc đánh giá tỉ lệ giãn dài (LE), tỉ lệ trương nở chiều dày (TS) Xử lý bằng hỗn hợp Boric-Borax dẫn đến tỉ lệ giãn dài ván tăng, tỉ lệ

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Rừng trồng nước ta đang được chú trọng phát triển nhằm mục đích bảo

vệ môi trường sinh thái, cung cấp nguyên vật liệu gỗ cho nhu cầu sử dụng của

xã hội Vì cây gỗ rừng trồng sinh trưởng phát triển nhanh, nên gỗ thường có

độ bền tự nhiên kém dễ bị các tác nhân từ bên ngoài làm ánh hưởng và giảm chất lượng gỗ và các tính chất Từ đó, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu và đưa

ra những biện pháp cải thiện chất lượng gỗ rừng trồng

Quá trình cháy của gỗ được giới thiệu trong các công trình của các nhà khoa học GS TS Hà Chu Chử, PGS TS Hoàng Thúc Đệ, TS Nguyễn Cảnh Mão

Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã đề xuất một số loại thuốc bảo quản là hỗn hợp của các hóa chất vô cơ gồm muối kẽm, muối Flo, muối đồng, boron, với các tên thương mại như LN1, LN2, LN3, LN5, XM5, CHg các loại

(NH4)2SO4 - 92% và NaF - 8%

Gần đây đã có một số công trình nghiên cứu chống cháy cho gỗ và các sản phẩm gỗ rừng trồng Các đề tài tiêu biểu như luận án tiến sỹ Trần Văn Chứ (2001) “ Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy” tác giả đã đề xuất một số đơn pha chế hỗn hợp chống cháy từ một số hợp chất vô cơ có tác dụng che phủ [ 3 ]

Khi nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy, tác giả Trần Văn Chứ (2001) đã xác định được công thức để tạo 03 chế phẩm chống cháy phù hợp để tạo ván dăm chậm cháy dùng cho sản xuất đồ mộc và xây dựng cơ bản

và Na2B4O7.10H2O.[9]

Nguyễn Phú Vang (1999), đã xác định được mực độ ảnh hưởng của tỉ

lệ thuốc bảo quản hỗn hợp Boric-Borax đến một số tính chất cơ vật lý của

lệ co rút, giãn nở cao hơn mẫu không xử lý, khi nồng độ thuốc tăng thì tỉ lệ

co rút, giãn nở tăng và thuốc bảo quản cũng ảnh hưởng đến độ bền cơ học của Luồng, nồng độ thuốc tăng thì độ bền cơ học giảm

Lê Thị Thu Hằng (2003), đã xác định được độ sâu thấm thuốc BB của

gỗ Bạch đàn trắng có tỷ lệ thuận với nồng độ thuốc, thời gian ủ thuốc BB khi nghiên cứu sự ảnh hưởng thời gian ủ nồng độ thuốc BB đến chiều sâu thấm thuốc đối với gỗ Bạch đàn trắng bằng phươgn pháp khuếch tán

Nguyễn Minh Ngọc (2003), Đánh giá sự ảnh hưởng của một số đơn pha chế chống cháy đến chất lượng trang sức dán phủ ván lạng gỗ lên ván dăm

Tác giả Nguyễn Thị Hương Giang (2004) Nghiên cứu ảnh hưởng của

nồng độ và thời gian tẩm hoá chất B - B đến độ bền và khả năng chống cháy của ván LVL và Vũ Thị Hương Giang (2004), nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian tẩm hóa chất BB đến lượng thuốc, độ bền và khả năng chống cháy LVL Qua kết quả nghiên cứu đã kết luận ván LVL xử lý BB khả năng chống cháy tăng lên, cường độ kéo trượt màng keo giảm, tỉ lệ trương nở

chiều dày ván tăng, khả năng hút nước của ván tăng

Ngô Quang Nam (2004), đánh giá khả năng chống cháy của gỗ khi ngâm tẩm gỗ với hỗn hợp BB theo phương pháp ngâm tẩm áp lực, nhiệt độ

1.1.3 Tính cấp thiết vấn đề cần nghiên cứu

Các sản phẩm từ gỗ ngày càng được con người sử dụng gia tăng về số lượng và chất lượng theo đà tiến bộ của xã hội Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, chúng ta đã chuyển hướng sử dụng từ gỗ rừng tự nhiên sang sản phẩm gỗ rừng trồng

Gỗ rừng trồng là một loại nguyên liệu có khối lượng thể tích thấp, độ bền tự nhiên kém chính vì thế mà công tác nghiên cứu đang được triển khai rộng rãi ở nhiều nước nhằm nâng cao độ bền gỗ trước các yếu tố tác động xấu

từ môi trường bên ngoài tới chất lương gỗ Những nhược điểm chủ yếu của gỗ

là nó có tính hút ẩm, tính không ổn định về kích thước, tính dị hướng, dễ bị mục, dễ cháy, màu sắc không đồng đều, cường độ không cao, dễ bị sinh vật gây hại Mục đích của biến tính gỗ là xử lý gỗ bằng các tác nhân hóa học, vật

lý, sinh học để làm cho những ưu điểm của gỗ tăng lên, đồng thời làm giảm thiểu những nhược điểm của nó ở những mức độ khác nhau

Với mục đích đưa các chất hữu cơ, vô cơ vào trong gỗ làm cho gỗ có khẳ năng ổn định kích thước và chậm cháy, nâng cao các phẩm chất hệ số cho

11

gỗ Từ vấn đề đó, việc nghiên cứu đưa chất vô cơ vào trong gỗ làm tăng chất lượng gỗ và chống rửa trôi các chất đã tẩm vào trong gỗ là bài toán khó và mới chỉ có một số nghiên cứu bước đầu

Trên thế giới trong một khoảng thập kỷ trở lại đây nhiều nhà nghiên cứu bảo quản gỗ trên thế giới đã có một số cách tiếp cận rất mới và đạt được nhiều thành tựu to lớn Một trong những cách tiếp cận đó là dùng các hợp chất gia cường cho thành tế bào gỗ nhất là silicon và silan cho thấy gỗ sau khi xử

lý đã cải thiện được rất nhiều về độ bền tự nhiên và độ ổn định kích thước, ưu điểm của các hợp chất này là có thể sản xuất với số lượng lớn

Từ đó việc nghiên cứu xử lý gỗ rừng trồng bằng hợp chất vô cơ như silic và boron được tiến hành để góp phần đưa ra những giải pháp tốt nhất đem lại hiệu quả trong quá trình sử dụng gỗ của con người trong thời kỳ tài nguyên thiên nhiên dần cạn kiệt

1.2 Khái niệm biến tính gỗ

Callum Hill (2006) trong cuốn “Wood modification: chemical, thermal and other processes” đã định nghĩa: “biến tính gỗ liên quan đến quá trình tác

động của tác nhân hoá học, sinh học hoặc vật lý đến vật liệu gỗ, tạo ra sự cải thiện các tính chất của gỗ trong quá trình sử dụng Bản thân gỗ biến tính nên không độc và không tạo ra các chất độc trong qua trình sử dụng, hơn thế nữa các sản phẩm tái chế từ gỗ biến tính và phế thải của gỗ biến tính cũng không gây độc hại với con người và môi trường [36]

Biến tính gỗ là quá trình làm cho cấu trúc phân tử của vách tế bào thay đổi nhóm hidroxy trong gỗ, hydroxy đóng vai trò quan trọng việc phân hủy và hút nước Đặc tính của gỗ bị thay đổi do nhóm hydroxyl thay đổi Biến tính gỗ

Biến tính vật liệu gỗ có thể theo các hướng sau:

Công nghệ biến tính gỗ bao hàm rất nhiều các hoạt động chuyên ngành khác nhau nhằm đạt được mục tiêu làm thay đổi, giữ nguyên hoặc nâng cao các thuộc tính vốn có của gỗ Mỗi một mục tiêu đặt ra cũng có thể coi là một hình thức xử lí biến tính gỗ Cho đến nay có thể liệt kê một số hình thức xử lí biến tính như sau:

- Xử lí chống biến màu cho gỗ

- Xử lí ổn định kích thước cho gỗ

- Xử lí nâng cao độ bền cơ học cho gỗ

- Xử lí hóa mềm gỗ

- Xử lí bảo quản cho gỗ (nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ)

- Xử lí loại nhựa trong gỗ

- Xử lí chậm cháy cho gỗ và sản phẩm gỗ

- Xử lí chống lão hóa cho gỗ

- Nhựa hóa gỗ (polimer hóa gỗ)

- Tạo vật liệu gỗ plastic (Wood plastic composite-WPC)

Tương ứng với mỗi hình thức xử lí hoặc mỗi sản phẩm biến tính nêu trên sẽ là sự kết hợp của hai hoặc nhiều giải pháp về vật lí, cơ học, nhiệt hoặc hóa học khác nhau nhằm tạo ra các sản phẩm đáp ứng yêu cầu nhất định trong sản xuất và tiêu dùng

13

Biến tính gỗ có rất nhiều phương pháp trong những năm gần đây ở các nước phát triển như: Mỹ, Nhật, Nga, Phần lan, đang sử dụng các phương pháp biến tính như sau: Nhiệt cơ, hóa cơ, nhiệt hóa, bức xạ - hóa 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 tăng tỷ trọng, polymer hóa

1.3 Biến tính gỗ bằng hợp chất vô cơ

Hiện nay các công trình biến tính gỗ bằng các hợp chất vô cơ đang được các nhà khoa học nghiên cứu để góp phần vào quá trính xây dựng tìm ra các giải pháp tối ưu hiệu quả đem lại chất lượng khi sử dụng mà không tốn nhiều về tài chính

Thông thường các hợp chất hữu cơ khi được tẩm vào trong gỗ thì quá trình phản ứng diễn ra nhanh hơn và dễ đạt hiệu quả hơn, nay khi thay thế các hợp chất hữu cơ bằng hợp chất vô cơ là bài toán đang được nghiên cứu

Biến tính gỗ bằng hợp chất vô cơ là một dạng của biến tính gỗ nhưng các nhóm hydroxyl không được thay thế bằng các nhóm chức của hợp chất hữu cơ mà thay vào bằng các gốc vô cơ hoặc tách gốc hydroxyl và điền đầy vào thành tế bào là các hợp chất vô cơ

14

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu tổng quát

Đề xuất được giải pháp xử lý gỗ bằng hợp chất hóa học góp phần nâng

cao khả năng sử dụng, đa dạng hóa loại hình sản phẩm từ gỗ mọc nhanh rừng trồng

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định được hiệu quả của một số hợp chất Silic và Boron có khả năng nâng cao độ bền ổn định kích thước và chống cháy cho gỗ keo lai

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Gỗ Keo lai (Acacia mangium x A.auriculiformis) 9 tuổi, khai thác tại

Ba Vì

- Các hóa chất: H3BO3, Na2B4O7.10H2O, Al2(SO4)3, CaCl2, BaCl2,

Na2SiO3.9H2O, tetra-ethoxy silane, polyethylene glycol

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Xác định độ ổn định kích thước và khả năng chống cháy cho gỗ Keo lai của một số công thức trên cơ sở hợp chất Silic và Boron Gỗ keo lai được tẩm hợp chất Silic – Boron theo phương pháp chân không áp lực trong điều kiện phòng thí nghiệm

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Tuyển chọn hợp chất silic và boron có khả năng nâng cao độ độ ổn định kích thước gỗ và chống cháy cho gỗ

- Kiểm tra khả năng ổn định kích thước của gỗ sau xử lý

- Kiểm tra khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý

15

2.4 Phương pháp nghiên cứu

- Kích mẫu ổn định kích thước: 20x20x30 (mm) theo tiêu chuẩn TCVN 356-70 nay là TCVN 8048-13:2009, TCVN 8048-14:2009

- Kích thước mẫu chống cháy: 16x35x150 (mm) mô phỏng theo tiêu chuẩn ASTM-E69-50[ 3 ]

Hình 2.1 Mẫu chống cháy

Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

- Tủ sấy (có thể điều chỉnh nhiệt độ)

Hình 2.2 Tủ sấy mẫu

16

Hình 2.3 Ống Lửa thí nghiệm

Hình 2.4 Bình khuấy pha hóa chất

18

Đối với mẫu có sử lý bằng các hợp chất của Bo, đối với các hợp chất của silicát + hợp chất của Bo thời gian tẩm là 120 phút

Hình 2.7 Thiết bị ngâm tẩm chân không áp lực

2.4.2 Phương pháp tuyển chọn hợp chất silic và boron có khả năng nâng cao độ độ ổn định kích thước gỗ và chống cháy cho gỗ

Sử dụng phương pháp lý thuyết và kế thừa: nghiên cứu tài liệu trong và

ngoài nước về quá trình xử lý gỗ bằng các hợp chất Silic và Boron nhằm nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ Khai thác nguồn thông tin khoa học trong lĩnh vực xử lý gỗ bằng hóa chất đã định hướng lựa chọn nhằm kế thừa có chọn lọc các hóa chất là hợp chất của silic, boron dùng để xử lý gỗ

Tiến hành thực nghiệm :chuẩn bị các loại hóa chất có liên quan, thay

đổi hàm lượng hóa chất, so sánh quá trình mẫu được qua xử lý và mẫu thường rồi đánh giá đưa ra kết quả

2.4.3 Phương pháp tẩm hóa chất xử lý gỗ đã tuyển chọn vào gỗ Keo lai

+ Tẩm mẫu gỗ keo lai với loại hóa chất theo các cấp nồng độ dung dịch khác nhau theo phương pháp chân không – áp lực

+ Chế độ tẩm đối với mẫu có sử lý bằng các hợp chất của Bo:

- Rút chân không: ≈ 1 at

- Thời gian duy trì chân không: 30 phút

WPG = ( Mm - MU ) x100 / MU %

Trong đó : Mm - Khối lượng gỗ đã qua xử lý

Mu - Khối lượng gỗ chưa qua xử lý

2.4.4 Kiểm tra khả năng ổn định kích thước của gỗ sau xử lý

Sử dụng phương pháp thực nghiệm:

Áp dụng phương pháp theo tiêu chuẩn quốc gia

TCVN8044 :2009: phương pháp lấy mẫu gỗ thí nghiệm

TCVN 8048-1-16 : 2009: phương pháp thử , kiểm tra

S

S S ASE  .100

, %

Sm- hệ số giãn nở có thể được xác định của mẫu đã xử lý

V V

S   .100

, %

Với Vw là thể tích mẫu gỗ ở trạng thái bão hòa nước

Vd là thể tích mẫu gỗ ở trạng thái khô kiệt

+ Hiệu quả làm căng tế bào (B) [ 33]

Trong đó: Vc- thể tích khô tuyệt đối của gỗ không qua xử lý

VT- thể tích khô tuyệt đối của gỗ đã qua xử lý

Tổng hợp, đánh giá khả năng ổn định kích thước của gỗ được xử lý

bằng các hợp chất silic và boron

2.4.5 Kiểm tra khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý

Để đánh giá đặc tính của gỗ chống cháy trong thực tế hoả hoạn, cần phải thông qua đo đạc dưới điều kiện mô hình, các chỉ tiêu chống cháy của

nó Đó là tính khó cháy, tính lan bén lửa, tính tự cháy, sự giảm trọng lượng khi cháy Nhân tố ảnh hưởng đến sự cháy của gỗ rất phức tạp, do vậy cần phải xem xét toàn diện đặc tính lan truyền lửa của vật liệu gỗ, đặc tính bén lửa, đặc tính chống cháy thủng, sinh khói và tính độc

Do nhân tố ảnh hưởng đến sự cháy của gỗ giao chéo nhau phức tạp, bản thân vật liệu cháy cũng là một hệ phức tạp, do đó mà nếu muốn thu được kết quả so với tình hình thực tiễn có một tương quan đúng đắn cần phải dùng một

số chỉ tiêu mang tính tổng hợp để phản ảnh, đánh giá hiệu quả chống cháy Phương pháp đo đạc đại thể phân thành 4 loại lớn Loại 1 là phương pháp thí nghiệm cháy như phương pháp đốt lò, phương pháp cháy 450, phương pháp chất đống và phương pháp đốt trong ống Mỹ, Anh, Nhật, Đức đều có một hệ thống thí nghiệm tiêu chuẩn này; Loại thứ 2 là phương pháp đo trên mô hình nghiên cứu, chủ yếu dùng để nghiên cứu đo đạc cơ chế chống

% 100

V

V V B

21

cháy Ví dụ như phương pháp đo chỉ số Oxy, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp nhiệt lượng; Loại thứ 3 là tính độc và tính sinh khói; Loại thứ 4

là phương pháp đo đạc tính ứng dụng của gỗ

Trong nghiên cứu này, đề tài vận dụng các phương pháp sau:

Sử dụng phương pháp lý thuyết và kế thừa:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết dùng trong tìm hiểu, sưu tầm tài liệu

để đưa ra giải pháp chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ hiệu quả nhất

Sử dụng phương pháp thực nghiệm: sử dụng ống thí nghiệm cháy (ống

lửa) kích thước D =50 mm chiều dài 165mm với mẫu gỗ 16x35x150,mm với các chỉ tiêu đánh giá như sau:

Các chỉ tiêu đánh giá khả năng chống cháy của gỗ [3]

Khả năng chống cháy được kiểm tra bằng phương pháp ống lửa, được

mô tả trong luận văn tiến sĩ của tác giả Trần Văn Chứ Thông số được đánh giá là tỷ lệ tổn thất khối lượng của gỗ, được tính theo công thức sau:

Trong đó :

Công thức: M = (M1-M2)x100/M1%

: khối lượng mấu trước khi đốt

: khối lượng mẫu sau khi đốt

Khi M < 9% vật liệu khó bắt cháy

Khi M = 9 % -20% vật liệu khó bắt lửa

Khi M > 20 % vật liệu dễ cháy

Mức chỉ tiêu đánh giá khả năng chống cháy của gỗ áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM E69-50 [3]

Tổng hợp, đánh giá khả năng chống cháy của gỗ được xử lý bằng các

hợp chất silic và boron đối với gỗ keo lai

2.5 Địa điểm nghiên cứu

Phòng nghiên cứu Bảo quản Lâm sản - Viện Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam, Trung tâm thực hành thí nghiệm khoa chế biến lâm sản - Trường Đại học Lâm nghiệp

22

Chương 3

CƠ SỞ LÝ LUẬN 3.1 Gỗ Keo lai

Cây Keo lai (Acacia mangium x A auriculiformic) được Hepbuon và

Shim phát hiện năm 1972 tại Sook, Sabah, Malaysia Năm 1976 đã được chứng minh là sản phẩm của sự lai tạo chéo giữa hai loài Keo thuộc chi thực vật họ Đậu (Leguminose), họ phụ trinh nữ (Mimosoideae) là Keo tai tượng

(Acacia mangium Will) và Keo lá tràm (A.auriculiformis) Trong quá trình

sinh trưởng và phát triển giữa hai dòng Keo(Acacia) này sảy ra hiện tượng lai

tự nhiên, kết quả tạo ra cây con lai có nhiều đặc tính và khả năng phát triển hơn hẳn bố mẹ Hiện nay cây Keo lai phân bố ở một số nước như: Malaysia, Thái Lan, Quảng Châu - Trung Quốc, Canada…[ 25 ]

Cây Keo lai được phát hiện vào những năm 1970 và đã được đưa vào nghiên cứu và phát triển ở nhiều vùng của nước ta như: Hà Tây, Hoà Bình, Tuyên Quang, Thái Nguyên…

Đặc điểm gỗ cây Keo lai đã được nghiên cứu và mô tả như sau: [ 18 ]

- Cấu tạo thô đại:

Gỗ Keo lai (8 - 10 tuổi) vỏ có mầu nâu xám, có nhiều dạn dọc nhỏ chạy dọc thân cây, lớp vỏ ngoài khô mủn, lớp trong xốp Gỗ Keo lai có giác, lõi phân biệt, lúc chặt hạ thì chưa rõ ràng nhưng để sau mọt thời gian thì sự phân biệt giữa giác và lõi trở lên rõ ràng hơn Vòng năm không rõ ràng, thớ gỗ thẳng và khá thô, khối lượng thể tích trung bình

- Cấu tạo hiển vi:

Gỗ sớm, gỗ muộn không phân biệt, mạch gỗ xếp phân tán, hình thức tụ hợp đơn kép 2 - 4 lỗ mạch/mm2 Đường kính lỗ mạch trung bình theo phương tiếp tuyến ( 0.1- 0.2)mm Trong lỗ mạch không có thể bít Tia gỗ nhỏ(< 0.1mm ) số lượng tia gỗ từ 5 - 10 tia/mm Tế bào mô mền có hình thức

23

phân bố phân tán, hìng thức tụ hợp vây quanh mạch kín, lỗ thông ngang xếp

so le kích thước nhỏ có đường kính từ 0.6- 0.8 mm, gỗ Keo lai không có cấu tạo lớp và không có ống dẫn nhựa dọc

b.Một số tính chất vật lý - cơ học của gỗ Keo lai [15,18]

Các thông số về tính chất vật lý và cơ học của gỗ Keo lai được xác định quả nghiên cứu về gỗ keo lai 9- 10 năm tuổi được ghi trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Keo lai



553,0

%

%

%

5

Độ dãn dài sau 30 ngày ngâm

nước

+Dọc thớ +Xuyên tâm +Tiếp tuyến

0,37 3,41 7,94

% % %

12 Mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh 7500 MPa

13 Giới hạn bền khi trượt dọc thớ

25

chính là lý do mà gỗ luôn có hiện tượng co rút và giãn nở Nhằm hạn chế quá trình co rút và giãn nở của gỗ các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều phương pháp để giảm khả năng liên kết của các gốc –OH như biện pháp thay thế các nhóm – OH bằng các hợp chất khác, biện pháp vật lý , hóa học, cơ lý, nhiệt…làm cho thanh thành tế bào ổn định cải thiện được các nhược điểm của

gỗ về độ bền tự nhiên nâng cao chất lượng gỗ Qua nghiên cứu khi đưa các chất thay thế nhóm –OH bằng các gốc khác kỵ nước hạn chế quá trình trao đổi và ổn định các chất có trong tế bào gỗ Vì vậy cần phải tìm hiểu về cấu tạo các chất trong cấu tạo hóa học vách tế bào của gỗ

Cấu tạo hoá học các thành phần cấu tạo nên gỗ

- Xenlulô : (C6H10O5)n là thành phần cơ bản nhất của vách tế bào Trong

gỗ, Xenlulô chiếm 40 ÷ 50%

Xenlulô là polysacharide, hợp chất cao phân tử mạch thẳng được cấu tạo bởi các gốc - D glucose, liên kết với nhau bằng các liên kết glucosilic (1-H), có hình tia x đặc biệt dạng phân tử của xellulo có thể dùng (C6H10O5)nbiểu thị, trong biểu thức C6H10O5 là gốc đường glucose, n là đội đa tụ cellulose của bông, đay, gỗ ở trạng thái tự nhiên, n gần 10.000

Hình 3.1 Cấu trúc phân tử Xenlulô

Tính hút ẩm: từ cấu tạo vật lý có thể biệt khu không kết tinh của xenlulô lỏng lẻo có gốc hydroxyl tự do tồn tại, gốc hydroxyl cực tính, phân tử nước cũng có cực tính, chúng có thể hút lẫn nhau hình thành liên kết hydroxyl

vì thế, khu không kết tinh của cellulose có tính hút ẩm, khu kết tinh thì không

H 0H

0H

H

H 0H

H

26

có Lượng nước hút có liên quan đến hàm lượng hơi nước trong không khí, hàm lượng càng cao, khu không kết tủa của xenlulô hút nước càng nhiều, xenlulô sau khi hút nước gây ra trương nở, liên kết hydroxyl giữa một số ít xenlulô vốn có của khu không kết tinh và xenlulô dễ bị phá huỷ tạo ra gốc hydroxyl tự do mới, tạo thành liên kết hydro mới với phân tử nước, hơn nữa còn có thể hình thành hấp phụ nhiều lớp, nước hấp phụ này gọi là nước kết hợp Sau khi nước hấp phụ đạt tơi bão hoà, nước sẽ không thể tạo ra lực kết hợp với xenlulô nữa nước này gọi là nước tự do tỷ lệ phần trăm của khu không kết tính của xenlulô chiếm càng lớn, thì nước kết hợp càng nhiều, tính hút ẩm lớn, ảnh hưởng tính chất vật lý, cơ học của sản phẩm, vì thế, khi chọn dùng nguyên liệu và xây dựng công nghệ phải xem xét nhiều mặt

Giữa các chuỗi phân tử lớn xenlulô có thể sắp xếp có thứ tự, là vì khi khoảng cách giữa các gốc hydroxyl tự do trên đó từ 2.5-3A0, có thể hình thành liên kết hydro Tồn tại của liên kết hydro giữa các chuỗi phân tử có ảnh hưởng rất lớn đến tính hút ẩm, tính hoà tan, năng lực phản ứng… của xenlulô Lợi dụng lý thuyết liên kết hydro cũng có thể giải thích lực kết hợp giữa các sợi trong ván và hàng loạt hiện tượng công nghệ khác

- Hemixenlulô: Là những chất polisacarit cấu tạo nên vách tế bào

Hemixenlulô gồm có pentoran (C5H8O4)n và hexozan (C6H10O5)n Đây là polime không định hình, tính ổn định hóa học kém, Mức độ polime hóa của hemixenlulo trung bình là 100 ÷ 250

Hemixellulose gọi là Pentosan, chỉ là tất cả các hợp chất carbonhydrates ngoài cellulose (ngoài một ít chất pectin và tinh bột ra) Một loại thực vật thường chứa vài loại hợp chất carbonhydrates ngoài ra cellulose khác nhau, và trong đó bất kỳ một loại chất nào cũng là do Polysacharides không đều do hai hoặc ba loại gốc đường đơn cấu thành Trên các chuỗi phân tử của Hemicellulose thường có mạnh nhánh, độ đa tụ của phân tử lớn gần 200 Loài

27

cây khác nhau, cấu tạo hoá học của Hemixellulose cũng khác nhau Hemixellulose của mỗi loại gỗ đều chứa vài loại Polysacharides kết cấu hoá học khác nhau Khu không kết tinh của hemixellulose và vật chất không định hình

- Lignin: là polime không định hình dạng lưới, phân tử có cấu tạo

vòng thơm Công thức là C42H32O5(OH)5(OCH3)5

Trong quá trình nhiệt phân gỗ, sản phẩm dầu gỗ là lignin tạo ra, còn dầu gỗ tan là do xenlolô và hemixenlulô tạo ra Trong gỗ lượng lignin chiếm khoảng 17 ÷ 30%

Hình 3.2 Đơn phân cấu tạo của lignin

Hình 3.3 Đơn vị cấu tạo của lignin

Các nhóm chức

28

Lignin trong sợi thực vật cùng với hemixellulose tạo thành chất kết vở (Encrusting Substance), tồn tại lớp giữa các tế bào và giữa các micrfibril (trên vách tế bào) Một bộ phận của lignin có liên kết hoá học với hemicellulose Lignin là tên gọi chung của một loạt vật chất, cấu tạo hoá học của lignin của các loại gỗ là loại gỗ là ngoài gỗ, đều có điểm khác nhau Không chỉ có thể, cấu tạo hoá học của lignin trong các loại tế bào trong cùng một cây cũng khác nhau

Lignin là một loại nhóm chất thơm phức tạp, thuộc hợp chất cao phân

tử tự nhiên, phân tử lượng của nó rất lớn, khoảng 500-1000 Đơn nguyên cơ bản thành lignin là benzenpropan, những đơn nguyên cơ bản này thông qua liên kết ether và liên kết carbon –carbon tương đối ổn định liên kết lại với nhau Trong cấu tạo cơ bản của lignin tồn tại một số nhóm chức:gỗ Methoxyl, phenotic, hyđroxyl, Benzyalcohol, carbonyl,…[22,23 ]

3.3 Ổn định kích thước gỗ

Gỗ được làm một loại vật liệu dùng trong kiến trúc và công nghiệp, nó vừa có ưu điểm lại cũng có nhược điểm, khô thì co rút, ướt thì giãn nở Đây là nhược điểm chính của gỗ Gỗ khi khô thì co rút, ướt thì giãn nở là do sự tồn tại sự hút nước ở trong vách tế bào theo hướng tăng hay giảm Sự khác biệt rất lớn về tính dị hướng dị tính của gỗ mà làm cho quá trình co giãn của gỗ ở các phương chiều khác nhau thì không giống nhau, dẫn đến cong vênh biến dạng, thậm trí nứt vỡ Ngoài ra gỗ là một loại vật liệu có tính hút ẩm rất mạnh tuỳ thuộc vào sự tăng lên của thành phần nước thì cường độ của gỗ lại giảm xuống, do đó mà rất dễ bị phát sinh sâu, nấm mục phá hoại Do đó sử dụng các phương pháp xử lý vật lý, hoá học hay hoá lý để xử lý gỗ nhằm nâng cao tính ổn định kích thước của nó Đây chính là khâu quan trọng trong việc sử dụng hợp lý gỗ

29

Xử lý ổn định hoá kích thước của gỗ là dưới tiền đề duy trì những tính chất ưu việt vốn có của gỗ mà làm thay đổi sự hút ẩm và những tính năng co dãn của nó Sự co dãn của gỗ là do sự thay đổi độ ẩm của gỗ mà gây nên, nó phát sinh ở dưới điểm bão hoà thớ gỗ mà căn nguyên của nó là những Ion tự

do OH- trong khu vực phi kết dính của xellulose hấp phụ thành phần nước trong không khí đồng thời hình thành cầu nối với phân tử nước Phân tử nước thấm vào làm cho khoảng cách giữa các phân tử trong thành phần gỗ tăng lên

Gỗ thể hiện trạng thái giãn nở, dẫn đến kích thước không ổn định, ngoài ra hemixellulose, Lignin và các thành phần khác cũng có thể hút nước Tương đối mà nói hemixellulose hút nước rất mạnh, tiếp đó là lignin, cuối cùng là cellulose Do đó xử lý ổn định hoá kích thước gỗ là dưới tiền đề không làm phá hoại cấu tạo hoàn chỉnh vách tế bào gỗ, nhằm nghiên cứu một loại phương thức xử lý thay đổi những tính chất hạn chế của nó Nó có thể được phân thành 2 phương thức xử lý:

 Xử lý chỉ nằm gọn trong khu vực phi kết tinh của xellulose trong vách tế bào gỗ

 Không xử lý vách tế bào mà chỉ điền đầy, lắng đọng hoá chất vào trong khoang tế bào gỗ

Xử lý ổn định kích thước là đi cải thiện tính năng hút ẩm, hút nước của

gỗ, làm tăng tính ổn định hóa về kích thước, trống lão hóa cho gỗ, đây là một yếu tố rất quan trọng trong quá trình lợi dụng gỗ, nó cũng là một trong những nội dung chủ yếu của biến tính gỗ [22,28]

Xử lý ổn định kích thước: Do lượng ẩm bên trong vách tế bào gỗ có

thể là tăng hay giảm, từ đó làm cho gỗ phát sinh trương nở hoặc co rút Vì thế

mà kích thước của gỗ thường không ổn định, có thể bị cong vênh, nứt, biến hình,

30

Hình 3.4: Mô hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ

A: Mặt cắt ngang tế bào xử lý ổn định kích thước

B: Mô hình cấu phân tử cellulose tại vùng phi kết tinh vách tế bào