Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất chủ yếu của thành phần biên thân cây dừa (cocos nucifera l) và định hướng sử dụng trong công nghệ bóc

Để có cơ sở khoa học cho việc định h-ớng sử dụng gỗ dừa đạt hiệu quả kinh tế cao tr-ớc hết cần có những nghiên cứu cơ bản về cấu tạo, các tính chất cơ, lý, hoá của loại cây này.. Từ nhữn

Tr-ờng đại học lâm nghiệp

Tr-ờng đại học lâm nghiệp

Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu sử dụng gỗ của con ng-ời cũng không ngừng phát triển Bên cạnh đó, l-ợng gỗ khai thác trong những năm qua không ngừng tăng ở Việt Nam sau những năm thống nhất đất n-ớc đến nay rừng bị tàn phá kiệt quệ do chiến tranh, do sự quản lý và bảo vệ tài nguyên rừng lỏng lẻo, do khai thác rừng không qui hoạch nên tài nguyên rừng tự nhiên giảm sút nghiêm trọng Theo dự báo về phát triển dân số của Tổng cục thống kê ở n-ớc ta, trong 10 năm tới (đến năm 2010), dân số n-ớc ta là trên 84 triệu ng-ời Nh- vậy với mỗi ng-ời sử dụng bình quân 0,05 m3 gỗ/năm (mức bình quân thấp của nhiều Quốc gia), thì nhu cầu sử dụng gỗ đòi hỏi ít nhất là 4 triệu m3 gỗ/năm Do đó, việc cung cấp gỗ

từ rừng tự nhiên cũng nh- rừng trồng của n-ớc ta là ch-a đáp ứng đ-ợc  23

Để giải quyết những vấn đề trên, các nhà khoa học đã đi sâu vào nghiên cứu công nghệ chế biến các loại gỗ và tìm vật liệu thay gỗ nhằm tăng chất l-ợng cũng nh- sử dụng hiệu quả gỗ, tăng lợi ích về kinh tế cũng nh- làm giảm áp lực đối với rừng Nhiều công trình nghiên cứu đã mang lại hiệu quả kinh tế xã hội cao nh-: công nghệ sản xuất ván dăm, ván dán, ván ghép thanh, công nghệ biến tính gỗ ở Việt Nam trong những năm vừa qua đã có rất nhiều dự án đầu t- vào dây chuyền sản xuất ván dăm, ván ghép thanh, ván MDF… Chính vì vậy tình trạng khan hiếm nguyên liệu ngày một gia tăng Do đó, việc tìm kiếm nguyên liệu mới ngoài gỗ nh- các họ tre, trúc, cây bụi…, hay các thứ liệu trong nông nghiệp nh- bã mía, rơm rạ,

vỏ lạc, vỏ trấu, cây một lá mầm nh-: cọ, dừa, cau, thốt nốt…là rất cần thiết và cấp bách Đây là những loại thứ liệu rẻ tiền, có giá thành nguyên liệu thấp và dễ kiếm

Với những loại nguyên liệu này thì trữ l-ợng của họ cây một lá mầm là t-ơng

đối lớn, đặc biệt là cây dừa Theo tài liệu của Hiệp hội dừa Châu á  35 và tổ chức FAO (2004) thì trữ l-ợng dừa của Việt Nam hiện nay có diện tích khoảng 153000

ha

Đồng thời theo TS Hoàng Xuân Niên  23 dừa tr-ởng thành có đ-ờng kính trung bình là 25-35 cm và có chiều cao trung bình từ 25 -30 m, với mật độ 120-150 cây/ha thì trữ l-ợng thân dừa -ớc tính vào khoảng 31940000 m3 Đây là

tiềm năng to lớn của “rừng dừa” Việt Nam Với khối lượng như vậy và với chu kỳ sau 25-30 năm người dân chặt bỏ cây dừa “lão” thay thế cây non thì trung bình mỗi năm chúng ta có khoảng 1000000-1500000 m3/năm Đây là khối l-ợng thân dừa rất lớn có thể sử dụng trong công nghệ chế biến nhằm đáp ứng một phần nguồn nguyên liệu cho sản xuất Nh-ng căn cứ vào số liệu của Hiệp hội dừa Châu á chúng ta nhận thấy trữ l-ợng rừng dừa ở n-ớc ta ngày càng giảm Nguyên nhân chủ yếu là do việc sử dụng thân cây dừa nói riêng và cả cây dừa nói chung là ch-a hiệu quả, ng-ời dân đã phá bỏ và chuyển đổi sang cây trồng khác Việc tìm kiếm những giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của cây dừa (đặc biệt là những vùng chỉ có cây dừa như: Bến Tre, Cần Thơ, Cà Mau…) là một vấn đề mang tính cấp thiết

Để có cơ sở khoa học cho việc định h-ớng sử dụng gỗ dừa đạt hiệu quả kinh

tế cao tr-ớc hết cần có những nghiên cứu cơ bản về cấu tạo, các tính chất cơ, lý, hoá của loại cây này Đồng thời những giải pháp công nghệ khả thi nâng cao hiệu quả kinh tế của cây dừa là động lực phát triển mở rông qui mô, gây trồng lại cây dừa nhằm cung cấp nguyên liệu cho ngành Chế biến

Từ những yêu cầu thực tiễn và luận điểm khoa học trên, chúng tôi thực hiện

đề tài nghiên cứu:

“ Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất chủ yếu của phần biên thân cây dừa và định h-ớng sử dụng trong công nghệ bóc.”

Ch-ơng 1 Tổng quan 1.1 L-ợc sử những vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Điều kiện sinh tr-ởng - Phân bố - Đặc tính sinh thái

Dừa ta (Cocos nucifera L) là cây một lá mầm, đ-ợc trồng từ quả, thích

hợp trên vùng đất có độ cao d-ới 300 m so với mặt n-ớc biển, l-ợng m-a

đều trong năm, tối thiểu 1500 mm, trên đất cát mặn, độ phèn từ trung bình trở lên Phân bố tự nhiên của cây dừa là vùng đất cát ven biển nh- các tỉnh

đồng bằng sông Cửu Long (Bến Tre, Bình Dương, Cà Mau… ) các tỉnh duyên hải Trung bộ (Bình Định, Quảng Ngãi, Quảng Nam, Thanh Hoá ) ngoài ra dừa còn đ-ợc trồng ở một số tỉnh ở Bắc bộ nh-ng với trữ l-ợng rất nhỏ Toàn bộ rừng dừa Việt Nam chia làm hai nhóm dừa chính đó là:

Nhóm giống dừa cao

(dùng lấy dầu, chế biến các sản phẩm khác)

- Dừa xiêm ( xanh, đỏ)

- Dừa Tam quan

- Dừa ẻo (nâu, xanh)

Với dừa ta thì hình thái cây dừa có dáng thẳng đứng, hình trụ tròn,

độ thon t-ơng đối nhỏ Thân dừa có đ-ờng kính trung bình 25-35 cm, chiều dài thân cây 25-30 m Các tàu lá có chiều dài 2,5-3,5 m, mọc quanh thân, trung bình mỗi năm có thể ra 6-7 lá Lá kép dạng lông chim dài 0,5-1,0 m, rộng 3-4 cm Hoa đơn tính, không cuống Hoa cái 25-35 hoa/1 buồng Hoa

đực 7000-9000 hoa/1 buồng Hoa cái màu vàng pha lục nhạt, đ-ờng kính 1-2 cm Quả dừa thành thục từ 8 đến 12 tháng, có đ-ờng kính 10-25 cm

Cây dừa 4-6 tuổi bắt đầu có trái và liên tục 30-40 năm nh-ng ngoài 25-30 năm thì năng suất bắt đầu giảm Vì vậy ng-ời dân th-ờng chặt bỏ dừa để trồng mới

1.1.2 Một số thông tin về sản phẩm dừa

Các trung tâm dừa là vùng duyên hải nhiệt đới Châu á, Tây bán cầu, Châu Phi với tổng diện tích che phủ khoảng 10 triệu ha Sản phẩm chính của cây dừa là cơm dừa Theo Hiệp hội cây dừa thế giới, năm 1995 sản l-ợng cơm dừa là 3100000 tấn, trong đó Châu á 2565000 tấn, Tây bán cầu

135000 tấn, Châu Phi là 120000 tấn Ngoài cơm dừa, xơ dừa đã và đang

đ-ợc sử dụng hiệu quả và cho giá trị kinh tế cao, còn các loại thứ liệu khác cho đến nay nhìn chung có giá trị thấp Việc nghiên cứu sử dụng thân cây dừa, lá dừa, buồng dừa thực sự ch-a hiệu quả, vì vậy cuộc sống ng-ời trồng dừa rất khó khăn

ở Việt Nam, dừa đ-ợc trồng rộng rãi ở nhiều tỉnh, tổng diện tích che phủ 142504 ha Tập trung là vùng duyên hải miền Trung và tây Nam

bộ Sản l-ợng thân dừa bình quân 1200000-1300000 tấn/năm Nh- vậy, cây dừa có tiềm năng lớn nếu biết khai thác và sử dụng hợp lý, nó thực sự trở thành nguồn tài nguyên có giá trị về nhiều mặt D-ới đây là những thông tin chung của cây dừa khu vực Nam bộ (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Thông tin về cây dừa Việt Nam

1.1.3 Cấu tạo và tính chất vật lý của gỗ cây dừa

Thân cây dừa có cấu tạo hình trụ không cành nhánh, chiều cao có thể tới 30m Đ-ờng kính trung bình 25 -35cm Gỗ cây dừa có cấu tạo gồm các bó mạch phân bố, rải rác, xen kẽ giữa các tế bào mô mềm, các bó mạch đ-ợc tạo thành từ các ống mạch có tác dụng dẫn truyền nhựa, các tế bào sợi gỗ là các tế bào vách dà y có tác dụng chịu lực Ngoài ra còn có các tế bào liên kết khác Mật độ các bó mạch thay đổi dần từ ngoài vào trong: lớp ngoài dày đặc, lớp trong rất mềm cấu tạo chủ yếu bởi các tế bào mô mềm Gỗ cây dừa không có tế bào tia gỗ (điều này hạn chế dẫn truyền nhựa theo ph-ơng xuyên tâm) Theo Hiệp hội dừa châu á, ng-ời ta phân vùng trên mặt cắt ngang thân cây dừa và đ-ợc chia thành ba phần khác biệt:

Lớp ngoài (vùng 1): rộng 1-1,5 cm, là phần mặt ngoài của thân cây bao gồm một chuỗi các sợi gỗ màu nâu sẫm Lớp này t-ơng ứng với lớp vỏ cây của các loài gỗ thông th-ờng

Lớp kế tiếp (vùng 2): rộng 5-7 cm, cấu tạo chủ yếu là mạch gỗ Lớp trong cùng (vùng 3-phần tâm): bao gồm chủ yếu là các mô mềm

Phần nối kết giữa phần ngoài (hay gọi là vỏ cây) với phần phía trong

kề nó là phần có sợi vì vậy việc bóc vỏ cây sẽ rất khó khăn

Các tế bào trong gỗ cây dừa sẽ tiếp tục tăng lên về chiều dày trong suốt đời sống của cây Lu men trong gỗ phần lớn biến mất khỏi các sợi gỗ

Do đó, khối l-ợng thể tích giảm từ gốc tới ngọn Đối với những cây còn non, ở phần ngọn khối l-ợng thể tích của gỗ ở lớp ngoài khoảng 300 kg/m3

và lớp trong khoảng 90 kg/m3  32 ,  33 Trong khi đó khối l-ợng thể tích của cây gỗ tr-ởng thành cao hơn nhiều, vào khoảng 900 kg/m3 đối với gỗ lớp ngoài và khoảng 250 kg/m3 đối với gỗ lớp trong Những con số trên

đây có thể sẽ rất khác nhau tuỳ thuộc vào giống cây, đặc điểm sinh thái, vị trí địa lý…

Gỗ cây dừa sau khi chặt hạ có độ ẩm gần nh- bão hoà trên toàn bộ thân cây Nói chung, gỗ dừa rất khó sấy khi để ở dạng gỗ tròn, trừ khi cây

đ-ợc bóc vỏ Gỗ sau khi xẻ có chiều dà y khoảng 25 cm, rất dễ sấy Tuy nhiên với những tấm ván có chiều dày lớn hơn thì quá trình sấy rất chậm

Khối l-ợng riêng của cây dừa phân bố tuỳ thuộc vào vị trí trên cây, vùng sinh thái, độ tuổi Nh-ng trên cùng đ-ờng tròn đồng tâm có trị số t-ơng đối đồng đều chúng ta có thể chia mặt cắt ngang thành 4 vùng khối l-ợng riêng (bảng 1.2)

Trị số cao là của những cây già Theo chiều dọc thân cây khối l-ợng riêng giảm dần, phần ngọn cao hơn 0,2 g/cm3 Tuỳ theo vùng khối l-ợng riêng mà đ-ợc sử dụng ở các mục đích khác nhau Trên hình 1.1 vùng 1 (từ ngoài vào) là vùng có khối l-ợng riêng cao, vùng 2 -trung bình cao, vùng 3-trung bình thấp, vùng 4-vùng thấp Cũng từ đó mà ph-ơng pháp gia công chế biến là khác nhau Cây dừa có dáng thẳng đứng, độ thon nhỏ từ gốc đến ngọn, tính chất cơ học giảm, độ ẩm tăng, độ ẩm gốc 50 -60 % ở ngọn khoảng 35 % Chiều dài thân kinh tế trung bình là 2,5 m Hình 1.1 mặt cắt ngang của cây dừa  23

Bảng 1.2 Khối l-ợng riêng của gỗ dừa ở các vùng đoạn thân kinh tế

h 1 1 P h

Hình 1.1 Phân vùng khối l-ợng thể tích

thân cây dừa

Còn theo Hiệp hội dừa Châu á thì họ đã so sánh khối l-ợng thể tích của dừa với một số loại gỗ thông dụng và phân vùng khối l-ợng thể tích dừa nh- sau  32 :

Bảng 1.3 So sánh một số tính chất vật lý của gỗ dừa với một số loại gỗ

thông dụng của Châu á

Tính chất

(Dipterocarp

us grandiflorut )

Cây White Lauan

(Pentacme concorta )

Cây Tangguile

(Shorea polysperma)

1.1.4 Độ bền tự nhiên của gỗ cây dừa

Gỗ cây dừa là loại gỗ mà khả năng tự nhiên chống lại sự phá hoại của côn trùng và nấm hại gỗ rất thấp (nếu để gỗ ở ngoài trời với điều kiện

tự nhiên) Gỗ có khối l-ợng thể tích thấp, sử dụng tiếp xúc với đất, có thể

bị phá hoại bởi sinh vật phá gỗ trong vòng 3-18 tháng, trong khi đó gỗ có khối l-ợng thể tích cao có thể bị phá huỷ 2-3 năm Ngoài ra nấm mục có thể phá huỷ rất nhanh các loại gỗ có khối l-ợng thể tích cao Mối cũng có thể tấn công, xâm nhập và phá hoại rất nhanh các vật liệu gỗ sử dụng ngoài trời, tiếp xúc với đất Đối với gỗ cây dừa sử dụng dạng cột trong môi tr-ờng n-ớc biển, giữ nguyên vỏ có thể sử dụng trên 3 năm

Gỗ xẻ t-ơi và hai mặt cắt ở đầu khúc gỗ tròn sau khi chặt hạ rất dễ

bị tấn công bởi nấm mốc và biến màu Việc bảo quản phòng chống nấm mốc và biến màu trong điều kiện môi tr-ờng khí hậu nhiệt đới là rất khó khăn Trong tr-ờng hợp gỗ sau chặt hạ mà không thể sấy đ-ợc thì sau khi

xẻ cần phải bảo quản chống mốc

Ngoài ra, gỗ t-ơi cũng rất dễ bị tấn công phá hoại c ủa các loại côn trùng hại gỗ t-ơi thuộc bộ cánh cứng nh- xén tóc, mọt Tuy nhiên, sự phá hoại này không quá nghiêm trọng, nó sẽ dừng lại khi gỗ khô Song sự phá hoại đó có thể để lại một số lỗ nhỏ có màu đen trên gỗ, làm giảm giá trị th-ơng phẩm của gỗ Có thể sử dụng ph-ơng pháp sấy, hong phơi hoặc ngâm tẩm gỗ trong dung dịch thuốc bảo quản thích hợp để bảo quản phòng chống côn trùng hại gỗ t-ơi

Đối với gỗ khô cũng dễ dàng bị bởi các loại côn trùng hại gỗ khô (nh- mối gỗ khô tấn công phá hoại), tuy nhiên chúng chỉ phá hoại phần gỗ

có khối l-ợng thể tích thấp, có chứa các chất thích hợp làm thức ăn cho mối Đối với gỗ tr-ởng thành có khối l-ợng thể tích cao có khả năng phòng chống đối với cả mối đất và thực tế cho thấy con ng-ời đã sử dụng

gỗ này làm vật liệu xây dựng rất tốt trong nhiều thập kỷ Với những tr-ờng hợp sử dụng gỗ ngoài trời hoặc tiếp xúc với đất cho mục đích sử

dông l©u dµi, cÇn ph¶i tiÕn hµnh b¶o qu¶n gç b»ng thuèc b¶o qu¶n thÝch hîp

1.1.5 HiÖn tr¹ng chÕ biÕn gç dõa vµ triÓn väng

1.1.5.1 Trªn thÕ giíi

Theo tµi liÖu cña HiÖp héi dõa Ch©u ¸  32 th× diÖn tÝch rõng dõa tËp trung ë mét sè n-íc nh- Ên §é, Th¸i Lan, Malaysia, Philippines… lµ nh÷ng n-íc cã diÖn tÝch dõa lín

B¶ng 1.4 DiÖn tÝch dõa trång ë mét sè n-íc Ch©u ¸

nay Sản phẩm sau sấy này đ-ợc dùng nh- gỗ tròn bình th-ờng dùng làm

1.1.5.2 ở Việt Nam

Cây dừa tập trung ở khu vực duyên hải miền Trung và tây Nam bộ với tổng diện tích cả n-ớc khoảng 153000 ha, hầu hết các tỉnh ở 2 vùng dừa nói trên đều có diện tích trồng trên 10000 ha Các rừng dừa đều trồng ven sông, các kênh rạch và ven biển ở miền Bắc diện tích trồng dừa gần nh- không có, chủ yếu là trồng lác đác trong nhà dân làm cây bóng mát và lấy quả

Bảng 1.5 Diện tích trồng dừa ở Việt Nam theo các năm

Diện tích 120894 172879 154417 143239 142504 153000

Căn cứ vào thống kê của tổ chức FAO (2004) tổng diện tích dừa là 153000 ha thì trữ l-ợng cây dừa thuộc diện khai thác là t-ơng đối lớn L-ợng dừa này có thể thay thế một l-ợng gỗ lớn cho công nghiệp Chế biến lâm sản

Về sử dụng và nghiên cứu

ở Việt Nam những nghiên cứu về cây dừa nói chung và sử dụng dừa nói riêng còn rất ít

- Năm 2000-2004, Hoàng Xuân Niên trong luận án tiến sĩ của mình đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu xơ dừa  22

- Nghiên cứu sử dụng cọng cây dừa n-ớc để sản xuất ván dăm của PGS

ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long đều có x-ởng chế biến gỗ dừa, song quy mô nhỏ, chỉ gồm 1-2 c-a CD 4 và 1-3 c-a đĩa Gỗ dừa ở đây chủ yếu đ-ợc chế biến thành các loại ván, thanh dùng trong gia đình và phần lõi xốp mềm th-ờng bỏ đi Nhìn chung công nghệ chế biến gỗ dừa mang tính tập quán cũ, hiệu quả thấp và gần nh- ch-a có tác động khoa học kỹ thuật để nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ thân cây dừa nói riêng và cây dừa nói chung

Tóm lại, những nghiên cứu về cây dừa còn rất hạn chế Những nghiên cứu cơ bản để lựa chọn h-ớng sử dụng có hiệu quả nhất cho loại cây này ch-a đ-ợc quan tâm đúng mức Trong thực tế chúng ta đã dùng gỗ

của cây này để sản xuất ván ghép thanh phủ mặt (đặc biệt ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long) nh-ng cũng ch-a đánh giá đ-ợc chất l-ợng của gỗ dừa trên cơ sở khoa học Thực tế cũng cho thấy gỗ dừa rất dễ mốc, tuy vậy

ở n-ớc ta việc nghiên cứu bảo quản cho loại gỗ này (bảo quản dạng tròn

1.2 Mục tiêu, nội dung, phạm vi và ph-ơng pháp nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Đ-a ra đ-ợc kết quả về đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ lý, thành phần hoá học của phần biên cây dừa (vùng 1, 2, 3)

- Đánh giá khả năng tạo ván mỏng từ vùng biên cây dừa để sản xuất ván dán

1.2.3 Nội dung nghiên cứu

Điều tra thông số hình học của thân cây dừa

1.2.4 Ph-ơng pháp nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu đ-ợc tiến hành theo ph-ơng pháp thực nghiệm, dựa trên hệ thống tiêu chuẩn trong n-ớc và Quốc tế (hiện nay các tiêu chuẩn dùng để thử tính chất cơ vật lý ở n-ớc ta và trên thế giới ch- a có,

do đó chúng tôi dùng TCVN cho gỗ thông th-ờng) :

(1) Chọn rừng, chọn cây, cắt khúc và xác định tính chất cơ lý của gỗ theo tiêu chuẩn Việt Nam từ TCVN 355 -70 đến TCVN 370-70 mở rộng (1/1998)  29

(2) Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu theo tài liệu  25 , 24 Phân loại đặc điểm cấu tạo gỗ theo tài liệu  34

(3) Phân tích 1 số thành phần hoá học gỗ theo TAPPI T 13-OS-54; TAPPI 15-OS-58; TAPPI T 1-OS-59; TAPPI T 4-OS-54; TAPPI 6-OS-59 25 Các chỉ tiêu đó đ-ợc thực hiện tại Tr-ờng Đại học Lâm nghiệp

(4) Thuật ngữ mô tả cấu tạo và tính chất gỗ theo PGS.TS Nguyễn Đình H-ng

(5) Đánh giá chất l-ợng ván mỏng theo tiêu chuẩn Sealpa, ISO 2:2000(E)

2426-(6) Đánh giá chất l-ợng ván dán thử nghiệm theo tiêu chuẩn OTC

9624-72

(7) Sử dụng ph-ơng pháp phân tích thống kê để xử lý và đánh giá kết quả theo TCVN 356-70 sửa đổi (1/1998)  29 bằng phần mềm Excel 5.0 trên máy vi tính và đảm bảo hệ số chính xác P nhỏ hơn5%

(8) Kế thừa các công trình khoa học đã nghiên cứu

(9) Nghiên cứu cấu tạo, tính chất cơ lý và thành phần hoá học đ-ợc xác

định trên thiết bị tại phòng thí nghiệm trung tâm khoa Chế biến lâm sản và Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng

Ch-ơng 2 Cơ sở lý luận 2.1 Kiến thức chung về vách tế bào

Cấu tạo gỗ là nhân tố quan trọng và là cơ sở để giải thích mọi hiện t-ợng phát sinh trong quá trình gia công chế biến và sử dụng gỗ Cấu tạo và tính chất của gỗ có liên quan mật thiết với nhau Cấu tạo có thể coi là biểu hiện bên ngoài của tính chất

 11

Về mặt cấu tạo, gỗ do nhiều tế bào cấu tạo nên Giữa 2 tế bào cạnh nhau là khoảng gian bào có màng pectin (đ-ợc cấu tạo bằng chất pectic mà thành phần cơ bản là axit tetra galacturonic) gọi là màng giữa có mức độ hoá gỗ cao Qua nghiên cứu về cấu tạo gỗ cho thấy: vách tế bào gỗ là một tổ chức rất quan trọng của tế bào Cấu tạo của vách tế bào ảnh h-ởng đến các tính chất của gỗ Vách tế bào chủ yếu do cellulose (C6H10O5)n và lignin tạo nên, lignin tồn tại trong gỗ nh- một chất keo gắn

bó các cellulose lại với nhau thành một khối vững chắc Nhiều phân tử cellulose liên kết thành một chuỗi cellulose, nhiều chuỗi cellulose liên kết thành mixen cellulose Nhiều mixen cellulose liên kết thành bó mixen cellulose Vô số bó mixen cellulose cùng với lignin tạo thành vách tế bào Vách tế bào gồm vách sơ sinh và vách thứ sinh

+ Vách sơ sinh: mỏng, ở phía ngoài hình thành tr-ớc tiên khi tế bào mẹ của tầng phát sinh phân sinh ra tế bào con Thành phần gồm có cellulose, hemi cellulose

và lignin Mức độ hoá gỗ cao nh- màng giữa Trong vách sơ sinh các mixen cellulose sắp xếp không có trật tự nên nó không có tác dụng quyết định đến tính chất của gỗ

+ Vách thứ sinh: là lớp vách hình thành sau cùng trong quá trình sinh tr-ởng của tế bào So với màng giữa và vách sơ sinh thì vách thứ sinh là phần dày nhất Thành phần chủ yếu là cellulose và một ít lignin, ở vách thứ sinh các mixen cellulose sắp xếp có trật tự đ-ợc chia thành 3 lớp:

1) Lớp ngoài: mỏng, nằm sát vách sơ sinh, các mixen cellulose xếp vuông góc với trục dọc tế bào hoặc nghiêng một góc: 70-900 so với trục dọc tế bào

2) Lớp giữa: nằm kế tiếp lớp ngoài, đây là lớp dày nhất, các mixen cellulose xếp song song với trục dọc tế bào (trục dọc thân cây) hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 300

so với trục dọc tế bào

3) Lớp trong: mỏng, nằm sát ruột tế bào, các mixen cellulose trong vách thứ sinh (đặc biệt là lớp giữa) có tác dụng quyết định tới tính chất của gỗ

2.2 ảnh h-ởng của cấu tạo gỗ đến công nghệ chế biến gỗ

2.2.1 Mạch gỗ

Là tổ chức của nhiều tế bào mạch gỗ nối tiếp nhau thành ống dài sắp xếp theo chiều dọc thân cây Đây là loại tế bào vách dày có kích th-ớc lớn nhất nên dễ quan sát nhất Mạch gỗ chỉ có ở gỗ lá rộng, chiếm một tỷ lệ khá lớn, trung bình 20-30 % thể tích gỗ  25 ,  24 Tỷ lệ mạch gỗ nhiều hay ít tuỳ thuộc vào loại cây, tuổi, gỗ sớm, gỗ muộn và điều kiện sinh tr-ởng Vai trò mạch gỗ trong thân cây là dẫn truyền nhựa nguyên từ rễ lên lá, lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch gỗ nằm cạnh nhau có vai trò dẫn truyền n-ớc, chất dinh d-ỡng theo chiều ngang thân cây Sau khi chặt hạ, mạch gỗ và lỗ thông ngang trên mạch gỗ làm nhiệm vụ l-u thông n-ớc trong gỗ làm cho gỗ nhanh khô  25 Trong việc bảo quản gỗ, mạch gỗ có tác dụng làm cho thuốc thấm sâu và nhanh Lỗ thông ngang có tác dụng vận chuyển thuốc thấm theo chiều ngang Mạch gỗ là một trong những tiêu chuẩn quan trọng trong việc nhận mặt gỗ, là yếu tố làm giảm tác dụng tính chất cơ lý của gỗ lá rộng  25 ,

 16 Một số loài cây trong mạch gỗ có thể bít Thể bít làm cho khả năng thấm thuốc bảo quản bị giảm, nh-ng phần này có tác dụng chống lại sâu nấm phá hoại  25 Một số loại gỗ có chứa chất kết tinh trong mạch gỗ

2.2.3 Tế bào

Là tế bào vách mỏng làm nhiệm vụ dự trữ chất dinh d-ỡng Loại tế bào này chiếm tỉ trọng 2-15 % thể tích của gỗ Nếu tế bào mô mềm phát triển thì c-ờng độ gỗ giảm xuống đồng thời gỗ dễ bị sâu nấm phá hoại  25 ,  24

2.2.4 Tia gỗ

Tia gỗ lá rộng hoàn toàn do tế bào mô mềm cấu tạo nên Tia gỗ lá rộng chiếm 10-15 % thể tích, có loại chiếm tới 20-30 % thể tích  25 Tia gỗ gây ra nghiêng thớ đối với tất cả các tế bào xếp dọc thân cây Tia gỗ càng rộng, càng lớn làm cho gỗ nghiêng thớ càng nhiều Thực nghiệm đã chứng minh tia gỗ càng nhiều thì sự chênh lệch vì sức co dãn giữa hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến càng lớn  25

Đây cũng là nguyên nhân gây ra nứt nẻ gỗ Gỗ càng nghiêng thớ, chéo thớ khi cắt gọt tiêu hao càng nhiều công, trong sản xuất ván dán, ván mỏng tạo ra bề mặt bị xơ x-ớc làm giảm chất l-ợng ván

2.3 ảnh h-ởng của thành phần hoá học đến công nghệ chế biến gỗ

2.3.1 Thành phần nguyên tố hoá học của gỗ

Gỗ do nhiều tế bào cấu tạo nên, nó là một thể hỗn hợp rất phức tạp của các chất cao phân tử polysaccarit, gồm có nhiều cacbonic và nhóm benzen tạo thành Ngoài các chất thành phần chủ yếu ra trong gỗ còn có dầu, nhựa, chất chát, chất màu, tinh dầu, chất béo  7 ,  11 Các chất cấu tạo nên gỗ chủ yếu là chất hữu cơ: chiếm đến 99-99,9 % thành phần cấu tạo gỗ gồm có cellulose, lignin và hemi cellulose

Các chất vô cơ: chiếm 0,3-1 % khi đốt cháy hoàn toàn các chất này sẽ biến thành tro Hàm l-ợng tro -ớc tính chừng khoảng từ 0,3-1 % so với khối l-ợng gỗ khô kiệt Hàm l-ợng tro phụ thuộc vào vị trí trong cây và giảm dần theo tuổi cây

 25 Tro là hợp chất của các nguyên tố K, Ca, Ma, Mg, Fe Tuỳ theo loại gỗ và

điều kiện lập địa gỗ có hàm l-ợng chất vô cơ khác nhau  7

2.3.1.1 Tính chất các thành phần hoá học của gỗ

Thành phần hoá học của gỗ thay đổi theo loại cây và điều kiện sinh tr-ởng: thành phần hoá học giữa phần thân và cành có sự khác nhau rõ rệt, tỷ lệ cellulose ở

cành ít hơn rất nhiều so với thân cây Ng-ợc lại lignin, pentozan (là những chất hoà tan trong thành phần n-ớc nóng ở cành có nhiều hơn ở thân)  7 ,  25 Điều kiện sinh tr-ởng của cây rừng (cấp đất, độ cao so với mặt n-ớc biển, cấp sinh tr-ởng )

có ảnh h-ởng đến thành phần hoá học của gỗ Theo chiều cao thân cây các thành phần hoá học ít thay đổi  25

Cấu tạo gỗ gồm có hai nhóm chất  1 ,  7 ,  11 ,  25 :

Nhóm thứ nhất gồm: cellulose, lignin và hemi cellulose là những chất cấu tạo nên vách tế bào

Nhóm thứ hai gồm: những chất chiết suất không có trong thành phần của vách tế bào

Cellulose: là thành phần cơ bản nhất trong vách tế bào Trong gỗ cellulose chiếm 40-50 % trọng l-ợng Cellulose bao gồm những phần kết tinh (sắp xếp trật tự

ở mức độ chặt chẽ) và những phần rối loạn vô định hình (rối loạn) Những phần tử

đó không có ranh giới rõ rệt Sự chuyển hoá từ phân bố có trật tự của mạch cellulose trong mạng tinh thể lập ph-ơng (gọi là vi tinh thể hay mixen) sang trạng thái vô

định hình, trong đó có mạch cellulose sắp xếp vô trật tự diễn ra dần dần và vô định hình ở các loại cellulose khác nhau cũng khác nhau

Cellulose là polyme điều chỉnh phân cực, có độ kết tinh cao Do đó rất khó hoà tan trong các dung môi thông th-ờng, vì cellulose có độ cứng t-ơng đối của các phân tử chuỗi xuất hiện một khuynh h-ớng kết tinh rất mạnh Trong các cellulose đã kết tinh những nhóm có cực -OH giữ chặt các chuỗi bằng mạng l-ới của các liên kết hydro ngang  7

Cellulose là phần tử chủ yếu sản sinh ra nội lực của gỗ Những ứng lực nào

do cellulose tạo ra đều là những ứng lực lớn nhất (cd , kd,ut), cellulose cũng là thành phần duy nhất tạo ra tính chất đàn hồi của gỗ Chính vì thế độ dẻo dai của gỗ do cellulose tạo nên Đối với một số ngành chế biến gỗ nh- sản xuất bột giấy yêu cầu tỷ lệ cellulose cao (lớn hơn 30 %) sợi gỗ dài  25 Hemicellulose là những chất polysaccarit cấu tạo nên vách tế bào Hemicellulose gồm pentozan

(C5H8 O4)n và hexozan (C6H10 O5)n Đây là polyme không định hình, tính ổn định hoá học kém, phần lớn tan trong kiềm Mức độ polyme hoá của hemicellulose trung bình từ 100-250  25 ,  31 Hàm l-ợng hexozan và pentozan trong các loại gỗ, cây nhiều cây ít có khác nhau ở cây gỗ lá rộng pentozan chiếm 15-25 % còn henxozan chiếm tỉ lệ rất nhỏ 3-6 %  11 Hemi cellulose trong tế bào bao gồm các xylan, glucomannan và arabogalactan  7 ,  31 Sự có mặt của hemi cellulose trong cellulose làm tăng tốc độ tr-ơng nở và xơ hoá sợi, làm giảm thời gian nghiền và đỡ tốn năng l-ợng trong khâu nghiền sợi  7 Trong quá trình sản xuất giấy với một hàm l-ợng hemicellulose hợp lý tạo điều kiện cho sự đan xếp các sợi làm mềm giấy

và vì vậy cũng gây ảnh h-ởng tới độ bền của giấy Nh-ng nếu hàm l-ợng hemi cellulose quá cao, độ kháng xé rách giảm vì giảm độ bền từng sợi do trọng l-ợng phân tử trung bình của hệ cao phân tử  7 Lignin: sau cellulose, lignin là thành phần cấu tạo chủ yếu của vách tế bào Lignin là polyme không định hình dạng l-ới, phân

tử cấu tạo mạch vòng thơm, màu nâu sẫm So sánh với cellulose, lignin kém ổn định hơn rất nhiều Lignin trong tế bào thực vật nằm ở giữa các tế bào là chủ yếu và đ-ợc tích tụ trong suốt quá trình mộc hoá của mô thực vật Lignin không tan trong các dung môi thông th-ờng, không bị phân huỷ nh- các polysacarit  7 Trong những

điều kiện và áp suất nhất định thì lignin sẽ tái tạo trở lại trạng thái ban đầu có khả

năng trùng ng-ng keo Lignin tạo ra nội lực đều là những lực nhỏ nhất (cn, kn,

td

 , tn, sức chịu tách ) Trong cấu trúc vách tế bào, lignin là một chất keo bám trên s-ờn cellulose, vì vậy lignin tạo ra độ rắn cho gỗ ở vị trí nào trong thân cây nếu hàm l-ợng lignin cao thì ở đấy gỗ cứng  25 Đối với công nghệ sản xuất MDF yêu cầu tỉ lệ cellulose và lignin cao vì trong quá trình ép nhiệt lignin tạo nên các chất t-ơng tự nh- keo dán có tác dụng kết dính  10 lignin còn làm tăng khả năng chịu n-ớc của sản phẩm Đối với sản xuất bột giấy hàm l-ợng lignin giảm để giảm chi phí cho sử dụng hoá chất giúp dễ phân ly sợi  28

2.3.1.2 Các chất chiết suất

Những chất này không có trong thành phần của vách tế bào, chúng gồm: axít nhựa, axit béo, muối hữu cơ, tinh dầu, tinh bột, đ-ờng và các loại khoáng khác Các chất chiết suất làm giảm khả năng thẩm thấu, khả năng kết dính của keo, ảnh h-ởng

đến màu sắc, mùi vị gỗ, ảnh h-ởng đến độ bền tự nhiên của gỗ Ngay sau khi xử lý bằng n-ớc nóng, cồn axeton thì sức thẩm thấu tăng 4-14 lần Đặc biệt hàm l-ợng các chất chiết suất tan trong n-ớc nóng, n-ớc lạnh cao sẽ có nhiều chất làm thức ăn cho nấm, côn trùng, vì vậy gỗ dễ bị nấm mốc, mối mọt xâm nhập phá hoại

2.3.1.3 Độ pH gỗ và ảnh h-ởng của nó đến quá trình gia công chế biến gỗ

Độ pH phản ánh tính axit, bazơ trong gỗ Đại bộ phận gỗ trên thế giới có pH: 4,0-6,5 Vì vậy ng-ời ta đề xuất nên chia gỗ thành 2 nhóm lớn (dựa vào độ pH)

Gỗ mang tính axit: pH nhỏ hơn 6,5

Gỗ mang tính bazơ pH lớn hơn 6,5 (rất ít loại gỗ thuộc nhóm này)

Tính axit, bazơ là một trong tính chất hoá học chủ yếu của tre, gỗ Các axit gồm có axit axetic, axit foocmic, axit nhựa và một số chất chiết suất mang tính axit khác Ngoài ra trong quá trình cất giữ, l-ợng axit sẽ tăng lên hoặc trong quá trình hong phơi do gốc CH2COO trong hemicellulose bị thuỷ phân tạo thành gốc axit axetic tự do làm cho tính axit của nguyên liệu tăng lên

Trong quá trình sản xuất ván nhân tạo, độ pH ảnh h-ởng đến quá trình sản xuất, đòi hỏi nguyên liệu phải có trị số pH nhất định Các bazơ trong nguyên liệu không có lợi cho quá trình đóng rắn keo U-F vì keo này đóng rắn tốt nhất ở pH: 3-5

ở khoảng trị số pH này thì thời gian đóng rắn và chất l-ợng mối dán tốt nhất Do đó

đối với các loại gỗ mang tính axit phù hợp với keo U-F

Những chất mang tính axit có tác dụng nâng cao c-ờng độ dán dính đặc biệt

là đối với lớp ván bên trong sản phẩm Nếu l-ợng hoãn xung bazơ trong nguyên liệu cao thì phải tiêu tốn nhiều chất đóng rắn mới đảm bảo chất l-ợng dán dính Ng-ợc lại pH ít ảnh h-ởng đến keo P-F Độ pH còn ảnh h-ởng đến quá trình gia công chế biến gỗ Khi gia công, độ pH của gỗ đặc biệt là axit axetic gây ăn mòn kim loại Độ

pH càng thấp ăn mòn kim loại càng tăng đặc biệt trong môi tr-ờng ẩm, nhiệt độ cao vì trong điều kiện này hàm l-ợng axit tự do tăng lên

2.4 ảnh h-ởng của tính chất vật lý đến công nghệ chế biến gỗ

Trong phần này chúng tôi chỉ đề cấp đến một số tính chất vật lý chủ yếu của

gỗ có liên quan trực tiếp đến quá trình gia công chế biến và sử dụng gỗ

2.4.1 Tính chất hút và thoát hơi ẩm của gỗ

Gỗ để lâu trong không khí có nhiệt độ và độ ẩm nhất định sẽ hút hoặc thoát hơi n-ớc cho đến khi độ ẩm của gỗ t-ơng đối ổn định (đạt trị số độ ẩm thăng bằng)

Trong phạm vi giới hạn ẩm liên kết, gỗ khô hút n-ớc sẽ dãn nở làm thay đổi hình dạng kích th-ớc gỗ và làm giảm khả năng chịu lực, tạo điều kiện tốt cho sâu nấm phát triển Ng-ợc lại trong không khí khô, gỗ -ớt sẽ thoát hơi n-ớc và co rút làm cho thể tích thu nhỏ lại

Hút và thoát hơi n-ớc của gỗ phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của không khí Quá trình hút hơi n-ớc của gỗ sẽ kết thúc khi nó đạt độ ẩm thăng bằng Độ ẩm của

gỗ phụ thuộc vào độ ẩm không khí từng vùng

ở miền Bắc Việt Nam theo TCVN 356-70-sửa đổi  25 ,  29 độ ẩm thăng bằng lấy 18 %

Hút và thoát hơi n-ớc trong phạm vi giới hạn ẩm liên kết còn là một trong những nguyên nhân gây ra nứt nẻ, biến dạng ảnh h-ởng xấu đến phẩm chất gỗ

2.4.2 Tính hút n-ớc của gỗ

Sức hút n-ớc của gỗ là năng lực hút n-ớc vào gỗ khi ngâm trong n-ớc Tính chất hút n-ớc của gỗ theo  25 đ-ợc thể hiện ở độ hút n-ớc Độ hút n-ớc, thời gian hút n-ớc, phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố: khối l-ợng thể tích, vị trí, chiều thớ, kích th-ớc, nhiệt độ n-ớc và độ ẩm ban đầu Trong đó yếu tố ảnh h-ởng nhiều nhất là khối l-ợng thể tích Khối l-ợng thể tích càng lớn thì khả năng hút n-ớc càng chậm,

gỗ lõi hút n-ớc chậm hơn gỗ giác Mặt cắt ngang hút n-ớc lớn nhất, mặt cắt xuyên tâm và mặt cắt tiếp tuyến hút n-ớc rất chậm Diện tích mặt cắt ngang càng lớn thì tốc độ hút n-ớc càng nhanh, ở nhiệt độ cao gỗ hút n-ớc nhanh nh-ng không nhiều Vận chuyển n-ớc vào trong gỗ chủ yếu do mạch gỗ đảm nhận

Nghiên cứu các yếu tố ảnh h-ởng đến sức hút n-ớc của gỗ là vấn đề có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật ngâm tẩm gỗ bằng hoá chất d-ới điều kiện áp suất th-ờng

2.4.3 Tính chất co rút và dãn nở

Co rút và dãn nở là một đặc điểm của gỗ Nó xảy ra khi gỗ thoát hoặc hút hơi

ẩm (hút ẩm) trong phạm vi ẩm liên kết Đó chính là nguyên nhân làm cho gỗ bị biến hình, cong vênh, nứt nẻ Trong 3 thành phần cấu tạo nên vách tế bào: cellulose, hemi cellulose và lignin thì chỉ có cellulose có khả năng hút và thoát n-ớc Bản chất của quá trình co dãn là sự thay đổi khoảng cách giữa các mixen cellulose Hiện t-ợng nới rộng khoảng cách giữa các mixen chỉ xảy ra khi l-ợng n-ớc thấm tăng lên Đến khi n-ớc thấm đạt đến tối đa, nghĩa là khoảng cách các mixen đạt cực đại thì hiện t-ợng dãn nở không xảy ra nữa, mặc dù n-ớc tự do xuất hiện và tăng lên rất nhiều Khi thoát n-ớc, l-ợng n-ớc tự do thoát ra tr-ớc, l-ợng n-ớc thấm thoát ra sau vì sự tiếp xúc trực tiếp giữa một vật thể rắn là gỗ (mixen cellulose) và một chất lỏng gây nên sức bám bề mặt của n-ớc lên gỗ, tạo nên hiện t-ợng vi mao quản trong gỗ  25 ,

 24 Khối l-ợng thể tích càng lớn thì chênh lệch về độ co dãn theo 2 chiều xuyên tâm

và tiếp tuyến càng ít Tỷ lệ tia gỗ càng nhiều thì sự chênh lệch về sức co dãn giữa 2 chiều xuyên tâm và tiếp tuyến càng lớn Gỗ dùng cho công trình không cần chịu lực cao, ít co dãn nên dùng gỗ nhẹ Sự co dãn của gỗ gây nên sự cong vênh biến dạng gỗ khi sử dụng, làm sai lệch kích th-ớc ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm Đối với sản phẩm là ván nhân tạo sự co dãn gỗ làm bung màng keo và làm cho ván nhanh hỏng, đặc biệt trong môi tr-ờng ẩm

2.4.4 Khối l-ợng thể tích của gỗ

Mỗi loại gỗ khác nhau có cấu tạo khác nhau (tỷ lệ tế bào vách dày và vách mỏng khác nhau) do vậy khối l-ợng thể tích khác nhau Gỗ chứa nhiều n-ớc thì khối l-ợng thể tích lớn, gỗ chứa ít n-ớc thì khối l-ợng thể tích nhỏ Các vị trí khác nhau trên thân cây có khối l-ợng thể tích khác nhau Tỷ lệ gỗ muộn nhiều hay ít cũng ảnh h-ởng đến khối l-ợng thể tích ở tuổi thành thục sinh học gỗ có khối l-ợng thể tích cao hơn gỗ có tuổi già và tuổi non  25 Khối l-ợng thể tích có ảnh h-ởng đến tính chất của gỗ Gỗ có khối l-ợng thể tích lớn, tính chất cơ học của gỗ càng lớn Quan hệ giữa khối l-ợng thể tích gỗ với c-ờng độ gỗ khá chặt chẽ và đ-ợc biểu thị bằng ph-ơng trình bậc 1,  25 :   ax  b (2.1) Trong đó: a, b - hệ số;

 - c-ờng độ gỗ

Trong quá trình dán dính: gỗ có khối l-ợng thể tích lớn, c-ờng độ dán dính

cao nh-ng nếu độ ẩm thay đổi thì ứng suất càng lớn phá huỷ gỗ càng mạnh Do đó

đòi hỏi keo có liên kết bên trong cao Nếu cố định keo thì độ bền mối dán gỗ có 

lớn nhỏ hơn độ bền mối dán có  nhỏ Vì vậy phải căn cứ vào c-ờng độ cơ học của

mối dán để chọn keo thích hợp

2.5 ảnh h-ởng của tính chất cơ học đến công nghệ chế biến gỗ

2.5.1 Giới hạn bền khi ép

Khi bị nén (ép) dọc thớ trong gỗ sản sinh ra nội lực chống lại theo chiều dọc

thớ Do đại bộ phận tế bào xếp song song với trục dọc thân cây nên khi có tác động

theo chiều dọc thì các bó mixen sản sinh ra nội lực chống lại các tác động đó Khả

năng liên kết giữa các mixen bởi lignin và lớp keo màng giữa các tế bào làm cho

mixen ổn định vị trí khi chịu lực Sức hút t-ơng hỗ giữa các phân tử cấu tạo nên gỗ

tạo cho nó một khối vững chắc và chính nó tạo ra ứng lực cho gỗ  29 ,  24

Gỗ chịu nén ngang thớ, trong một giai đoạn nhất định, khi chịu ép ngang thớ

gỗ biến dạng đàn hồi, trong giới hạn đó sức hút và sức đẩy t-ơng hỗ giữa các mixen

cân bằng nhau làm cho khối gỗ vững chắc theo ph-ơng nằm ngang Gỗ đ-ợc cấu tạo

bởi các tế bào hình ống, rỗng ruột nên khi lực bên ngoài v-ợt quá giới hạn đàn hồi

(chủ yếu là phía đầu các tế bào) làm cho các tế bào (tr-ớc hết là mạch gỗ, tế bào mô

mềm, quản bào gỗ sớm) bị phá hoại Giới hạn bền khi nén ngang thớ cục bộ và toàn

bộ theo hai chiều xuyên tâm và tiếp tuyến trong cùng một loại gỗ sẽ khác nhau

Phần lớn những cây lá rộng có tia gỗ phát triển thì sức chịu ép ngang thớ xuyên tâm

sẽ lớn hơn giới hạn bền khi ép tiếp tuyến Phần gỗ sớm và gỗ muộn phân biệt thì

giới hạn bền khi ép tiếp tuyến sẽ lớn hơn giới hạn bền khi ép xuyên tâm

2.5.2 Giới hạn bền khi uốn tĩnh và modul đàn hồi khi uốn tĩnh

Giới hạn bền khi uốn tĩnh là một trong hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá

c-ờng độ của gỗ Modul đàn hồi cũng đánh giá khả năng chống lại lực tác động của

ngoại lực đối với cây gỗ Từ các giá trị về giới hạn bền khi uốn tĩnh và khả năng

chống lại lực uốn của gỗ, ta có thể lấy đó làm cơ sở cho việc tính toán và lựa chọn

kết cấu cho phù hợp trong việc sử dụng, lựa chọn ph-ơng án gia công chế biến và sản xuất ván nhân tạo

đề, lát… 24 Ngoài ra còn rất nhiều các yêu cầu chất l-ợng của gỗ tròn dùng cho sản xuất ván mỏng: độ cong, độ thót ngọn, độ tròn đều và các loại khuyết tật của nó D-ới đây là một số tiêu chuẩn về các khuyết tật và phân hạng cấp chất l-ợng  6 :

Bảng 2.1 Các khuyết tật của gỗ nguyên liệu sản xuất ván dán và phân hạng theo

3 Mắt chết, mắt rò Không

cho phép

Cho phép đ-ờng kính lớn nhất là 25mm và số

l-ợng mắt là 1mắt/m 2 Cho phép

Nếu rất nhỏ Nếu nhỏ

Bảng 2.2 Các khuyết tật của gỗ nguyên liệu sản xuất ván dán và phân hạng

Khoảng lệch tâm: Khoảng cách giữa tuỷ cây và

tâm của khối hình dọc theo đ-ờng kính bình

quân của khúc gỗ tròn

 1/10 (10%)

 1/8 (12.5%)

 1/6 (16.7%)

Cho phép số đơn vị lỗ mọt nhỏ hoặc trung bình

Cho phép số đơn vị nứt dọc thớ tiêu chuẩn 1 1 1

Cho phép số đơn vị khuyết tật cho bất kỳ khúc

Để hạn chế hiện t-ợng này ng-ời ta th-ờng hoá dẻo gỗ, triệt tiêu ứng suất bằng n-ớc nóng hoặc hơi n-ớc làm cho gỗ chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo, giới hạn bền tăng, giảm công của lực cắt

2.6.1.3 Thiết bị bóc ván mỏng

Về thiết bị bóc ván mỏng cũng có rất nhiều yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng ván mỏng nh-: tốc độ cắt, tốc độ đẩy của dao, các thông số của góc cắt, độ nén của th-ớc nén, vị trí đặt mũi dao…

a ảnh h-ởng của vị trí mũi cắt với trục tâm quay

Nếu đặt mũi dao cao hơn vị trí nằm ngang của trục tâm quay của khúc gỗ sẽ làm cho khoảng tiếp xúc của gỗ ở mặt sau tăng lên, kéo theo sự tăng lực ở mặt sau của mũi dao Chiều dày phoi có xu h-ớng giảm Ng-ợc lại, nếu đặt vị trí của mũi dao d-ới mặt nằm ngang của trục tâm quay gỗ bóc thì mặt tiếp xúc giữa dao và gỗ ở mặt sau giảm, lực mặt cắt phía tr-ớc theo chiều tốc độ cắt sẽ uốn mũi dao theo chiều tốc độ cắt Vì vậy chiều dày phoi tăng lên  20

Hình 2.1 ảnh h-ởng vị trí dao theo độ cao so với trục tâm quay gỗ đến chất l-ợng

và ứng suất nén

Vị trí đặt mũi dao không những làm ảnh h-ởng đến sai số chiều dày phoi mà còn ảnh h-ởng đến tần số và chiều sâu vết nứt

b ảnh h-ởng góc sau của th-ớc nén

Tăng hay giảm góc sau là tăng và giảm khoảng tiếp xúc giữa gỗ và dao, mức

độ nén của phoi ở mặt sau của th-ớc nén, kết quả là làm cho phoi biến dạng tr-ớc lúc cắt, gây khó khăn đến chuyển động của phoi Do đó, ảnh h-ởng đến lực và chất l-ợng của phoi Góc sau th-ớc nén càng lớn thì chất l-ợng ván càng kém Sở dĩ nh- vậy là vì khi góc sau lớn làm cho l-ợng gỗ bị nén càng lớn sinh ra hệ lực ở mặt sau của th-ớc nén càng lớn Tổng hợp lực này có chiều ng-ợc chiều chuyển động của phoi và làm cho phoi bị rạn nứt Đặc biệt là trong tr-ờng hợp bóc, lực này có xu h-ớng kéo các phần tử phoi theo chiều bên thớ gỗ - chiều mà mối liên kết các thớ gỗ yếu nhất Do đó, phẩm chất phoi kém đi, góc sau thích hợp: 5-7°

c ảnh h-ởng áp lực nén

áp lực nén của th-ớc nén tăng làm cho phoi bị nén nhiều và tất nhiên bị biến dạng Hơn thế khi áp lực nén lớn làm cho phoi đi qua khe hở khó khăn hơn, do đó phoi dễ bị giảm chất l-ợng Tăng áp lực nén, l-ợng vết nứt sẽ tăng lên ở cả hai mặt ván bóc Song nếu áp lực không có tức là th-ớc nén không có tác dụng thì hiện t-ợng nứt, đặc biệt là ở mặt d-ới của ván tăng lên rõ rệt, cả về số l-ợng và cả độ sâu của vết nứt Mặt khác, khi tăng áp lực nén tức là tăng hệ lực nén của th-ớc, kéo theo lực cắt sẽ tăng lên, tất nhiên công suất cũng tăng lên  1 ,  2

d Dao bóc và th-ớc nén

về mặt cấu tạo, dao bóc và th-ớc nén trong bóc gỗ gần giống nh- dao và th-ớc

nén trong lạng bên ở đây do đặc điểm của quá trình bóc nên thông số góc có khác

hơn: góc sau (): 0°30'-3°30', góc mài (): 18-22° Th-ớc nén có góc sau (t): 5-7°, góc mài (t): 45-50° Kích th-ớc của dao và th-ớc nén tuỳ theo cỡ của máy mà có những giá trị khác nhau Chiều dài dao: 800-3000 mm, chiều dày dao và th-ớc nén: 10-20 mm Dao bóc có thể có loại cạnh cắt thẳng, cũng có thể có loại dao l-ợn sóng

để bóc ván l-ợn sóng Để tăng khả năng chống hao mòn của dao bóc, ng-ời ta chế tạo mũi dao cắt bằng thép hợp kim cao tốc (BK15) Độ nhẵn bề mặt dao và th-ớc sau khi mài đạt g8-g9 Mũi dao không đ-ợc mẻ, quăn mũi, đảm bảo độ thẳng cần thiết Ph-ơng pháp mài l-ỡi dao bóc, dao lạng gần giống nh- mài l-ỡi dao phay  1 ,  2

Đối với tr-ờng hợp th-ớc nén là dạng tròn cũng xét t-ơng tự, song ở đây chỉ áp dụng cho loại gỗ có đ-ờng kính nhỏ

2.6.2 Ván dán

Ván dán đ-ợc hình thành do ép các tấm ván mỏng đã đ-ợc tráng keo với nhau trong điều kiện thời gian và áp suất nhất định Ván đ-ợc hình thành dựa trên nguyên tắc số lớp lẻ, chiều thớ các lớp vuông góc với nhau Nh-ng để hình thành

đ-ợc ván dán thì luôn có rất nhiều yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng của ván sau này

Để đặc tr-ng cho những ảnh h-ởng của các yếu tố này chúng tôi biểu diễn mối quan hệ này theo ph-ơng trình sau:

Độ nhẵn bề mặt: do cấu tạo của gỗ, chất l-ợng l-ỡi dao bóc cho nên trên bề mặt ván mỏng bao giờ cũng tồn tại một độ nhấp nhô tế vi (đặc biệt ở mặt trái của ván) Qua các công trình nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng, ở một chừng mực nào đó khi độ nhấp nhô bề mặt tăng thì chất l-ợng mối dán cao Nh-ng đến một giai

đoạn nhất định thì ảnh h-ởng theo chiều ng-ợc lại; nghĩa là khi độ nhấp nhô tăng thì chất l-ợng mối dán giảm Vì, khi độ nhấp nhô quá lớn có nghĩa là chiều dày màng keo phải lớn để đảm bảo điều kiện trải đều và liên tục trên bề mặt ván mỏng Điều

đó dẫn đến nội ứng suất sinh ra trong màng keo khi đóng rắn lớn, làm chất l-ợng mối dán giảm

Theo giáo s- Купиков độ nhấp nhô bề mặt tốt nhất đối với ván mỏng là:

- Đối với gỗ lá kim: H = 300-350 m

- Đối với gỗ lá rộng: H = 160-200 m

Độ ẩm ván mỏng là một trong những yếu tố rất quan trọng ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm Vì vậy, trị số độ ẩm phải đ-ợc xác định một cách cụ thể tuỳ thuộc từng điều kiện công nghệ

Sai số chiều dày ván mỏng càng lớn thì khi tráng keo sẽ không đều, chất l-ợng mối dán giảm Mật độ ván tại các vị trí không đều nhau sinh ra nội ứng suất trong tấm ván làm ảnh h-ởng tới chất l-ợng ván

2.6.2.2 ảnh h-ởng của keo dán

Các yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng của ván trong keo dán bao gồm rất nhiều thành phần Tuỳ thuộc vào vật dán, công nghệ ép ván, mục đích sử dụng ván

mà ng-ời ta đ-a ra các thông số kỹ thuật của keo Các thông số đó bao gồm: nồng

độ của keo, độ nhớt của keo, lượng keo tráng, loại keo…

Về nồng độ keo mà quá thấp thì giảm độ nhớt, làm tăng độ ẩm ván, khả năng

đóng rắn của màng kéo dài hơn, thời gian ép dài hơn vừa ảnh h-ởng tới chất l-ợng mối dán vừa ảnh h-ởng tới năng suất của dây chuyền Ng-ợc lại nồng độ keo cao thì làm tăng độ nhớt, khả năng trải keo thấp, màng keo bị gián đoạn, chất l-ợng mối dán giảm  50

Về độ nhớt của keo thì khi độ nhớt thấp chứng tỏ mức độ trùng ng-ng của keo thấp, chất l-ợng dán dính thấp Ng-ợc lại, độ nhớt cao, khả năng dàn trải của keo thấp khó tạo ra một màng keo liên tục, cũng làm chất l-ợng mối dán giảm 2.6.2.2 ảnh h-ởng thông số chế độ dán ép

Để hình thành đ-ợc ván, ngoài vật dán, keo dán phải có công nghệ dán và thiết bị ép Công nghệ ép ván ở đây bao gồm: thời gian ép, nhiệt độ ép, áp suất ép

Nhiệt độ ép nhằm mục đích làm cho màng keo đóng rắn, tạo liên kết cho ván Khi nhiệt độ ép quá cao làm cho độ nhớt của keo giảm nhanh, làm tăng khả năng thẩm thấu của keo vào trong ván, màng keo dễ bị gián đoạn, đồng thời có thể làm phá huỷ màng keo (đóng rắn sớm) độ bền mối dán giảm Ng-ợc lại, nhiệt độ thấp làm cho khả năng mềm hoá gỗ giảm, khả năng tiếp xúc của ván giảm, thời gian

đóng rắn màng keo tăng lên, chất l-ợng ván giảm Do đó việc lựa chọn nhiệt độ ép cần phải dựa vào chiều dày ván, loại keo sử dụng, sự khác nhau giữa hệ số truyền nhiệt của loại gỗ và keo

Song ván hầu nh- ch-a đáp ứng đ-ợc yêu cầu về chất l-ợng dán dính, vì vậy

để có thể tạo ra ván có chất l-ợng thì phải có một lực nén nhất định để tạo ra khả năng tiếp xúc tốt nhất cho các lớp ván, tăng khả năng dàn trải của keo tạo cho màng keo mỏng đều Qua nghiên cứu cho thấy áp lực ép phụ thuộc vào: độ ẩm ván, khối l-ợng riêng của ván và của nguyên liệu, độ nhẵn bề mặt ván mỏng, độ nhớt của keo, sai số chiều dày của ván mỏng, chất lượng mặt bàn ép…

Thông th-ờng áp lực cho các ph-ơng pháp ép nh- sau:

- ép nguội: P = 0,7-1,2 MPa

- ép nhiệt: P = 1,4-2,2 MPa

Nh-ng với ph-ơng pháp ép nào thì cũng phải lựa chọn thời gian cần thiết trong máy ép để duy trì đ-ợc c-ờng độ dán dính tốt nhất Thời gian ép phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó có các yếu tố cơ bản sau: loại keo, trạng thái keo khi

ép, chiều dày sản phẩm, nhiệt độ ép, áp lực ép… Chính vì vậy, việc xác định thời gian ép còn là một vấn đề rất phức tạp Hiện nay việc xác định thời gian ép chủ yếu dựa theo thực nghiệm

Từ những phấn tích cơ sơ lý thuyết trên đây, chúng ta thấy rõ các yếu tố ảnh h-ởng đến công nghệ chế biến nói chung và công nghệ tạo ván mỏng và ván dán nói riêng Để thực hiện mục tiêu của đề tài đã đề ra, chúng tôi tổng hợp các yếu tố ảnh h-ởng đến công nghệ tạo ván mỏng và ván dán nh- sau:

a Nhóm yếu tố thuộc về gỗ nguyên liệu

- Loại gỗ: loại gỗ khác nhau sẽ có cấu tạo, thành phần các chất không giống nhau Do đó chất l-ợng ván mỏng cũng nh- ván dán cung không giống nhau

- Cơ lý tính của gỗ: bản thân trong cùng một cây gỗ mà có sự khác nhau về khối l-ợng thể tích theo các lớp hoặc các vùng thì sẽ làm cho tính cơ lý của gỗ không giống nhau, hay chất l-ợng ván mỏng cũng nh- ván dán theo lớp cũng nh- theo vùng là khác nhau

- Thành phần hoá học: trong cây gỗ, tỷ lệ các thành phần hoá học thay đổi sẽ

ảnh h-ởng trực tiếp đến tính chất cơ lý, khả năng chống chọi lại môi tr-ờng cũng nh- khả năng dán dính của ván mỏng sau này Ngoài ra còn ảnh h-ởng trực tiếp đến thiết bị gia công trong chế biến

b Nhóm yếu tố thuộc về công nghệ

- Vật dán: những yếu tố ảnh h-ởng đến vật dán bao gồm: độ ẩm ván mỏng, sai số chiều dày ván mỏng, tần số và chiều sâu vết nứt…Những thồn số này ảnh h-ởng rất lớn đến chất l-ợng ván mỏng cũng nh- chất l-ợng sản phẩm sau này

- Keo dán: việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của keo dán nhằm đáp ứng về loại vật dán, yêu cầu chất l-ợng sản phẩm là rất quan trọng Trong đó chúng ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật của keo dán nh-: chủng loại keo, độ nhớt, hàm l-ợng keo Những thông số này sẽ ảnh h-ởng trực tiếp đến công nghệ cũng nh- chất l-ợng của sản phẩm

- Thông số chế độ dán ép: bao gồm thời gian ép, nhiệt độ ép, áp suất ép Tuỳ theo các thông số đầu vào nh-: loại keo, trạng thái keo tr-ớc khi ép, loại nguyên liệu, yêu cầu chất lượng sản phẩm đầu ra…để đưa ra thông số chế độ dán ép hợp lý

Ch-ơng 3 Nội dung và kết quả nghiên cứu 3.1 Địa điểm lấy mẫu nghiên cứu

Cây dừa đ-ợc lấy tại v-ờn dừa của gia đình ông Võ Thanh Hải, 243D - ấp Phú Chiến - Ph-ờng Phú H-ng - thị xã Bến Tre - Tỉnh Bến Tre

3.2 Đặc điểm của cây lấy mẫu nghiên cứu

Số thứ tự cây: 4, 9, 24

Tên cây: Cocos nucifera L, tên địa ph-ơng: dừa ta

Chọn cây lấy mẫu thí nghiệm và cắt khúc theo TCVN 355 -70-sửa đổi, số l-ợng cây là 03, tuổi cây 25 Kích th-ớc cây đ-ợc ghi trong bảng (3.1)

Bảng 3.2 Các thông số kích th-ớc của khúc gỗ dừa l àm thí nghiệm

3.3 Cấu tạo của cây dừa

3.3.1 Ngoại hình

Cây dừa là cây có lớp vỏ màu nâu sáng và có cấu tạo dạng đốt do cành sau khi rụng để lại, với độ tuổi 25-40 thì cây có độ cao trung bình t-ơng đối lớn 22-25 m, đ-ờng kính trung bình 20-25 cm Độ thót ngọn t-ơng đối thấp nhỏ hơn 2 cm/m, hệ số tròn đều Kv lớn hơn 0,7 Với ngoại hình nh- vậy, cây dừa có thể làm nguyên liệu cho công nghệ ván dán

3.4.2 Cấu tạo thô đại

Gia công tiêu bản thô đại theo TCVN 356-70-sửa đổi, miêu tả cấu tạo theo  22 ,  10 ,  12 Quan sát bằng mắt th-ờng và kính lúp x10

Gỗ cây dừa có cấu tạo gồm các bó mạch phân bố rải rác, xen kẽ giữa các

tế bào mô mềm Các bó mạch đ-ợc tạo thành từ các ống mạch có tác dụng dẫn truyền nhựa, các tế bào sợi gỗ là các tế bào vách dày có tác dụng chịu lực Ngoài

ra còn có các tế bào liên kết khác Mật độ các bó mạch thay đổi dần từ ngoài vào trong: lớp ngoài dày đặc, lớp trong rất mềm - cấu tạo chủ yếu bởi các tế bào mô mềm Gỗ cây dừa không có tế bào tia gỗ (điều này hạn chế dẫn truyền nhựa theo ph-ơng xuyên tâm) Trên mặt cắt ngang thân cây dừa khi loại bỏ phần vỏ thì

Mặt cắt tiếp tuyến Mặt cắt xuyên tâm

3.4.3 CÊu t¹o hiÓn vi

Cấu tạo hiÓn vi của thân cây dừa trên mặt cắt ngang được đặc trưng bởi nhiều bó mạch nằm trong tổ chức tế bào mô mềm Thân cây dừa gồm hai loại tế bào: tế bào mô mềm và các bó mạch

Các tế bào mô mềm hầu hết có vách mỏng và được liên hệ với nhau nhờ các

lỗ thông ngang đơn Bó mạch là tổ chức quan trọng nhất trong thân cây dừa Nó bao gồm các sợi gỗ, mạch gỗ, quản bào, tế bào dây, tế bào kèm và tế bào mô mềm dọc Hình dạng và kích thước của các bó mạch không theo qui luật Bó mạch có chức năng dẫn truyền và nâng đỡ Các bó mạch nằm trong tổ chức mô mềm Hầu hết các

bó mạch có một hoặc hai mạch gỗ

Trên mặt cắt ngang, thân cây dừa có 3 vùng/phần phân biệt, gọi là phần ngoài, phần trong và phần lõi Các bó mạch có kích thước lớn ở phần lõi nhưng lại nhỏ và có số lượng nhiều ở phần ngoài như chúng ta thấy trên hình 3.1

MÆt c¾t ngang MÆt c¾t ngang

H×nh 3.1 MÆt c¾t cña th©n c©y dõa x10

Để xác định mật độ bó mạch, chúng tôi tiến hành lấy mẫu và dùng máy cắt tiêu bản để cắt lấy một lát cắt của mặt cắt ngang có chiều dµy 45 μm Lát cắt này được sấy ở nhiệt độ 40oC trong 8 giờ và dùng kính hiển vi soi nổi để quan sát và dùng máy ảnh kỹ thuật số để chụp hình cấu tạo Mặt cắt ngang của từng mẫu được chia thành 5 phần đều nhau theo chiều ngang rồi đếm các bó mạch và đo diện tích ô mẫu Mật độ bó mạch được tính bằng số bó mạch có trong một đơn vị diện tích Kết quả thu được như trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Mật độ bó mạch trên thân cây dừa 25 năm tuổi

Cụ thể như sau: mật độ bó mạch ở phần ngoài của gốc là 140/cm2, tăng lên 142/cm2

ở giữa thân và tăng lên 190/cm2 ở phần ngọn Ở phần trong, số bó mạch tăng từ 48/cm2 đến 64/cm2 và tới 70/cm2 ở phần ngọn Ở phần lõi số bó mạch là 28/cm2 ở gốc, tăng lên 40/cm2 và tăng lên 42/cm2 ở ngọn Trong khi đó, có sự ngược lại về mật độ bó mạch tính từ phần ngoài vào phần lõi ở cùng một độ cao

Hình dạng bó mạch

Các bó mạch được phân biệt dựa vào số lỗ mạch trong bó mạch

Đường kính bó mạch

Đường kính của các bó mạch thay đổi từ phần ngoài vào trong Nói chung, đường kính của các bó mạch tăng từ phần ngoài vào trong

Bảng 3.4 Đường kính của các bó mạch trong thân cây dừa 25 năm tuổi

1 Sîi gç; 2 M¹ch d©y vµ tÕ bµo kÌm; 3 èng m¹ch; 4 TÕ bµo m« mÒm

MÆt c¾t ngang

H×nh 3.2 CÊu t¹o hiÓn vi cña gç dõa

3.5 Thành phần hoá học phần biên thân cây dừa

Các thành phần hoá học chủ yếu của phần lõi thân cây dừa đ-ợc phân tích tại phòng thí nghiệm khoa Chế biến Lâm sản-tr-ờng Đại học Lâm nghiệp

3.5.1 Hàm l-ợng cellulose

Hàm l-ợng cellulose là thành phần chính của gỗ dừa, nó không tồn tại một cách độc lập mà nó có liên kết chặt chẽ với các thành phần hoá học khác nh-: lignin, hemicellulose…để xác định hàm l-ợng này bằng cách tách bỏ lignin và hemicellulose ra khỏi gỗ dừa Song bất kỳ dùng ph-ơng pháp nào thì một phần cellulose bị phá hoại, chính vì vậy việc lựa chọn ph-ơng pháp sao cho hạn chế phân huỷ cellulose là nhỏ nhất

Để xác định hàm l-ợng cellulose chúng tôi chọn ph-ơng pháp Kiursher – Hoffer

3.5.4 Thành phần các chất hoà tan trong n-ớc nóng, n-ớc lạnh

Thí nghiệm xác định hàm l-ợng các chất hoà tan trong n-ớc nóng và n-ớc lạnh đ-ợc tiến hành theo tiêu chuẩn TAPPI T 1-OS-59

Hàm l-ợng các chất tan trong n-ớc nóng của gỗ dừa là: 2,26%

Hàm l-ợng các chất tan trong n-ớc lạnh của gỗ dừa là: 6,61%

3.5.5 Các chất thành phần hoà tan trong NaOH 1%

Ph-ơng pháp xác định hàm l-ợng các chất hoà tan trong NaOH 1% đ-ợc tiến hành theo tiêu chuẩn TAPPI T 4-OS-59

Các chất hoà tan trong NaOH 1% bao gồm: các chất chiết suất hoà tan trong n-ớc nóng, n-ớc lạnh, một phần lignin, đ-ờng panto, hexo, nhựa

Kết quả hàm l-ợng các chất tan trong gỗ dừa là: 27,56%

3.5.6 Thành phần hoà tan trong dung môi hữu cơ

Ph-ơng pháp xác định hàm l-ợng các chất hoà tan trong cồn và benzen đ-ợc tiến hành theo tiêu chuẩn TAPPI T 6-OS-59 Những chất tan trong dung dịch cồn - benzen gồm có dầu, nhựa, axit, sáp, hợp chất phenol, hợp chất không xà phòng hoá

Hàm l-ợng này trong gỗ dừa là: 2,07%

3.5.7 Độ pH

Kết quả xác định độ pH của gỗ dừa là: 6,2

Bảng tổng hợp thành phần các chất hoá học trong gỗ dừa đ-ợc ghi ở bảng 3.5

Bảng 3.5 Một số thành phần hoá học gỗ dừa

3.6 Tính chất vật lý của phần biên cây dừa

Tính chất vật lý của gỗ dừa là những tính chất xác định trong điều kiện không làm thay đổi thành phần hoá học hoặc không phá hoại tính hoàn chỉnh của mẫu gỗ dừa Trong đó tính chất vật lý bao gồm: độ co rút, dãn nở, khối lượng thể tích, độ hút nước, hệ số hút nước… Các tính chất này đ-ợc xác định tại phòng thí nghiệm trung tâm khoa Chế biến Lâm sản

- Tr-ờng Đại học Lâm nghiệp