Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ biến tính ván phủ mặt từ gỗ trám trắng (canarium album raeusch)

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG ĐỀ TÀI2.5 Mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển hoá và biến dạng 262.6 Đường cong nhiệt độ - Modull của phi kết tinh cao phân tử 282.7 Diễn biến động thái điển hình ca

HOÀNG CÔNG TRÌNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ

BIẾN TÍNH VÁN PHỦ MẶT TỪ GỖ TRÁM TRẮNG

(Canarium album Raeusch) BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÉN ÉP

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

Mã số: 60 – 52 - 24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ HUY ĐẠI

ành: 301

Hà Tây, năm 2007

HOÀNG CÔNG TRÌNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ

BIẾN TÍNH VÁN PHỦ MẶT TỪ GỖ TRÁM TRẮNG

(Canarium album Raeusch) BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÉN ÉP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

301

Hà Tây, năm 2007

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài tốt nghiệp tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa đào tạo Sau đại học, Khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm công nghệ công nghiệp rừng, Trung tâm thí nghiệm, Trung tâm thông tin thư viện, cùng các thầy cô giáo đã tạo điều kiện giúp

đỡ tôi về phương pháp nghiên cứu kiến thức chuyên môn, tài liệu tham khảo, cơ

sở vật chất trang thiết bị thí nghiệm trong suốt quá trình học tập và làm đề tài Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và sự kính trọng đến thầy giáo TS.

Vũ Huy Đại, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong thời gian học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn.

Nhân dịp này, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban lãnh đạo và cán bộ Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Lâm nghiệp tỉnh Hà Giang, cùng toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn tới Bố, Mẹ, anh chị em trong gia đình, đặc biệt là vợ tôi: Cam Thị Anh Vân và con gái Hoàng Bảo Lâm đã động viên khuyến khích và dành cho tôi những tình cảm và lòng yêu thương vô hạn Tôi xin trân trọng cảm ơn !

Hà Tây, tháng 7 năm 2007.

Tác giả

Hoàng Công Trình

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Ký hiệu và viết tắt iv

Danh mục các hình v

Danh mục các bảng vi

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Lược sử nghiên cứu 3

1.1.1 Trên thế giới 3

1.1.2 Trong nước 6

1.2 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 8

1.3 Mục tiêu nghiên cứu .9

1.4 Phạm vi nghiên cứu 10

14.1 Đối tượng nghiên cứu 10

1.4.2 Nội dung nghiên cứu 10

1.5 Phương pháp nghiên cứu 10

1.5.1 Phương pháp kế thừa 10

1.5.1 Phương pháp thực nghiệm 10

1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 14

Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 15

2.1 Đặc điểm chung về gỗ 15

2.1.1.Cellulose 17

2.1.2 Lignin 18

2.1.3 Hemicellulose 19

2.2 Đặc điểm của gỗ Trám trắng 20

2.3 Nguyên lý nén ép gỗ 21

2.4 Xử lý hoá dẻo gỗ 23

2.4.1 Các phương pháp hoá dẻo 23

2.4.2 Cơ chế hoá dẻo gỗ 24

2.3 Tác động của dung dịch Amoniac đến gỗ 36

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính 38

2.5.1 Độ ẩm 38

2.5.2 Tỷ suất nén 39

2.5.3 Nhiệt độ 39

2.5.4 Thời gian 40

2.5.5 Hướng ép 40

2.6 Các số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dán phủ 40

2.6.1 Ảnh hưởng của vật dán 41

2.6.2 Ảnh hưởng của chất kết dính 42

2.6.2 Ảnh hưởng của thông số chế độ dán ép 43

2.7 Yêu cầu nguyên liệu sản xuất ván phủ mặt 45

2.7.1 Đặc tính bề mặt 46

2.7.2 Tính chất cơ lý của gỗ 46

Chương 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 49

3.1 Quy trình thực nghiệm 49

3.1.1 Thực nghiệm biến tính ván phủ mặt 49

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ép đến tính chất cơ lý của ván phủ mặt 54

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian đến Khối lượng thể tích 54

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian ép đến khả năng đàn hồi trở lại 56

3.3 Đánh giá một số tính chất chủ yếu của ván sàn được dán ván phủ mặt biến tính 58

3.1.1.Khối lượng thể tích 58

3.3.2 Độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh 59

3.3.3 Độ bền kéo trượt màng keo 61

3.3.4 Độ cứng xung kích 63

3.3.5 Đánh giá khả năng làm ván sàn được dán ván phủ mặt biến tính 64

3.3.6 So sánh một số tính chất của ván sàn phủ mặt bằng ván phủ mặt biến tính với một số loại gỗ làm ván sàn thông dụng 66

Chương IV: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 67

4.1 Kết luận 67

4.2 Khuyến nghị 68

Một số hình ảnh về sản phẩm

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG ĐỀ TÀI

2.5 Mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển hoá và biến dạng 262.6 Đường cong nhiệt độ - Modull của phi kết tinh cao phân tử 282.7 Diễn biến động thái điển hình cao phân tử phi kết tinh 292.8 Sự biến dạng của gỗ theo thời gian tác dụng ngoại lực 34

3.2 Quy trình công nghệ tạo gỗ biến tính từ Amoniac 52

3.4 Quy trình công nghệ sản xuất ván sàn từ ván phủ mặt biến tính 54

3.5 Quan hệ giữa nhiệt độ, thời gian đến khối lượng thể tích ván

3.6 Quan hệ giữa nhiệt độ, thời gian ép đến khả năng đàn hồi trở

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG ĐỀ TÀI

1.1 Thông số đầu vào và đầu ra của quá trình biến tính 12

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian épđến khối lượng thể

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ép đến khả năng đàn

hồi trở lại của ván phủ mặt biến tính, % 57

3.5 Độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván sàn 61

3.8 Tổng hợp một số tính chất cơ lý của ván phủ mặt và ván sàn

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sau hơn mười năm đổi mới, ngành công nghiệp Chế biến lâm sản đãchuyển biến mạnh mẽ phát triển thành mạng lưới toàn quốc với nhiều thànhphần kinh tế xã hội tham gia Kim ngạch xuất khẩu gỗ hàng năm khôngngừng tăng lên, năm 2000 kim ngạch xuất khẩu gỗ cả nước mới đạt 219 triệuUSD, đến nay năm 2005 kim ngạch đã đạt tới ngưỡng 1,5 tỷ USD Dự báotrong những năm tới xuất khẩu gỗ của Việt Nam vẫn còn tăng do các thịtrường mới là Châu Á, Châu Mỹ có nhu cầu rất lớn

Nguồn cung cấp gỗ nguyên liệu nội địa trong những năm tới phục vụ chongành chế biến trong nước chủ yếu dựa vào khai thác cây trồng phân tán, khaithác rừng trồng hiện có và tận thu rừng tự nhiên Sản lượng gỗ phục vụ chongành chế biến lâm sản hàng năm có thể lên đến hàng triệu mét khối Tuynhiên, nguồn cung cấp gỗ vẫn phải dựa vào nhập khẩu từ nước ngoài là chủyếu Trong những năm gần đây tại Việt Nam rừng trồng công nghiệp mớiđang trong quá trình hình thành và dần thay thế rừng tự nhiên trong vai tròcung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến gỗ Cùng với sự pháttriển của xã hội kéo nhu cầu về gỗ ngày càng tăng lên, gỗ rừng tự nhiên ngàycàng khan hiếm, việc sử dụng gỗ rừng trồng là một xu thế tất yếu Tuy nhiên,

gỗ rừng trồng còn rất nhiều nhược điểm như dễ bị sâu nấm phá hoại, khốilượng thể tích, cường độ và độ bền tự nhiên thấp… Vì thế rất khó có thể sảnxuất được các sản phẩm mộc nội thất có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu củangười tiêu dùng

Trước thực tế đó, vấn đề đặt ra phải sử dụng có hiệu quả cao nhất gỗ rừngtrồng Để nâng cao giá trị xử dụng gỗ hiện nay trên thế giới cũng như ở ViệtNam, một xu thế đem lại hiệu quả kinh tế cao đó là biến tính gỗ Công nghệbiến tính gỗ đã được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất theo nhiều xu hướngkhác nhau do tính ưu việt của nó như: nâng cao được tính chất cơ học, vật lý của

vật liệu gỗ; tiết kiệm nguyên liệu và có thể tạo ra các sản phẩm có chất lượngcao từ những loại gỗ rừng trồng có phẩm chất thấp Từ những ưu điểm đó côngnghệ biến tính gỗ đã được phát triển mạnh mẽ và tạo ra nhiều loại vật liệu mới

có tính chất cơ lý và tính năng công nghệ cao được sử dụng trong nhiều lĩnh vựccủa đời sống xã hội như trong sản xuất đồ mộc nội thất, xây dựng, giao thông,chế tạo máy…

Việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ biến tính gỗ vào thực tiễn sản xuấttrong điều kiện hiện nay, vừa nâng cao giá trị sử dụng của gỗ rừng trồng thaythế dần nguyên liệu gỗ tự nhiên vừa tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao làcông việc có ý nghĩa cả về mặt khoa học cũng như tính thực tiễn Đây cũng là

xu hướng và chiến lược của công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta Trong đó, sảnxuất gỗ biến tính bằng phương pháp hoá cơ là một trong những xu hướng nângcao tính chất cơ lý và sử dụng hiệu quả các loại nguyên liệu gỗ rừng trồng.Trong những năm gần đây, ở Việt Nam đã có nhiều đề tại nghiên cứucông nghệ biến tính gỗ nhằm nâng cao tính chất cơ học, vật lý của các loại gỗrừng trồng và thu được những kết quả ban đầu rất khả quan và đã đặt nềnmóng cho các nghiên cứu tiếp theo

Cây Trám Trắng (Canarium album Raeusch) là cây bản địa mọc nhanh,

dễ trồng, thâm tròn thẳng, chiều cao trên 25m Nhưng bên cạnh đó gỗ TrámTrắng có nhược điểm là khối lượng thể tích gỗ thấp, gỗ rất dễ bị nấm mốc,sâu, mọt phá hoại Nghiên cứu biến tính nâng cao chất lượng gỗ Trám trắng

để sản xuất ván phủ mặt, phục vụ cho sản xuất đồ mộc cao cấp, đồ nội thất,xây dựng hầu như chưa được nghiên cứu Xuất phát từ thực tiễn đó và để tiếptục nghiên cứu biến tính gỗ phục vụ cho các ngành chế biến lâm sản tôi chọn

đề tài: “Nghiên c ứu một số yếu tố công nghệ biến tính ván phủ mặt từ gỗ

Trám tr ắng (Canarium album Raeusch.) bằng phương pháp nén ép”.

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Lược sử nghiên cứu

1.1.1 Trên th ế giới

Gỗ là loại vật liệu tự nhiên vừa có tính dẻo vừa có tính đàn hồi, trongđiều kiện công nghệ nhất định gỗ bị nén ép lại làm cho mật độ gỗ tăng lênnhưng không phá vỡ kết cấu từ đó nâng cao được độ bền cơ học của gỗ Gỗ

có đặc tính xốp, mao dẫn, dị hướng có khả năng trao đổi ẩm với môi trườngxung quanh dẫn tới sự thay đổi kích thước, hình dạng và tính chất cơ lý của

gỗ làm ảnh hưởng đến thời gian sử dụng và độ bền sản phẩm

Công nghệ biến tính gỗ được phát triển trên thế giới từ những năm 1970tại Nga, Mỹ, Đức với mục đích nâng cao tính chất của gỗ Biến tính gỗ làquá trình thay đổi tính chất của gỗ dưới tác động của các yếu tố hoá học, vật

lý tác động lên gỗ mà chủ yếu là tác động vào cấu trúc vách tế bào Hiện nay

có một số loại hình biến tính gỗ như: gỗ ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng

tỷ trọng, polyme hoá…

Trong lĩnh vực biến tính gỗ bằng phương pháp nén ép nhằm tạo ra mộtloại vật liệu mới là: gỗ biến tính có tính chất cơ lý cao hơn so với gỗ ban đầutheo một số hướng sau:

+ Biến tính nhiệt cơ

Đây là phương pháp sử dụng đặc tính rỗng xốp của gỗ để dồn nén gỗ làmcho gỗ có mật độ lớn hơn trong một đơn vị thể tích, tức là làm tăng khốilượng thể tích của gỗ, từ đó sẽ tăng được độ cứng của vật liệu Gỗ dưới tácdụng của ngoại lực bằng các phương pháp khác nhau sẽ có sự biến dạng nhấtđịnh khi nén gỗ theo chiều ngang thớ (theo hướng xuyên tâm và tiếp tuyến).Vào những năm 30 của thế kỷ này người Đức đã sản xuất ra gỗ nén Trên thị trường được tiêu thụ với thương hiệu Lignostone, chủ yếu dùng đểsản xuất suất thoi dệt và cán công cụ Nguyên lý tạo các sản phẩm gỗ bằng

phương pháp nén ép là gỗ được hoá dẻo bằng xử lý nhiệt ẩm sau đó được nén

ép trong khuôn ép kín ở áp lực và nhiệt độ cao

Ở Liên Xô cũ công nghệ biến tính gỗ phát triển rất mạnh mẽ, có rất nhiềucông trình nghiên cứu của các nhà khoa học về công nghệ biến tính gỗ Sảnphẩm gỗ biến tính đã được tiêu chuẩn hoá theo các phương pháp sản xuất vàlĩnh vực ứng dụng

Trường Đại học Lâm nghiệp kỹ thuật Varonhez là nơi đi đầu trong lĩnhvực nghiên cứu này ở nước Nga Điển hình trong các nhà khoa học đó là GS P

N Xykhranxki, ông đã xây dựng được cơ sở lý thuyết, các thông số công nghệ

và xác định được nhiều tính chất của gỗ biến tính Tùy theo đặc điểm của cácloại gỗ và mục đích sử dụng mà nén với các tỷ suất nén khác nhau từ 20 - 62%

và khối lượng thể tích đạt cao nhất là 1,460 g/cm3(ví dụ đối với gỗ Thông nénvới tỷ suất nén 62%) Gỗ nguyên được hoá dẻo bằng hơi nước với áp suấtkhông lớn hơn 1at, sau đó được nén ép ở nhiệt độ 110 - 1300C và sấy gỗ ở chế

độ nhiệt độ thấp Quá trình ép và sấy gỗ được tiến hành trong khuôn kín Sảnphẩm gỗ biến tính phương pháp Khukhrenxki được sản xuất ở nhiều cơ sở sảnxuất và được sử dụng trong lĩnh vực chế tạo máy để thay thế các kim loại màutrong một số loại động cơ Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn củaphương pháp này là tỷ suất đàn hồi trở lại rất cao, làm hạn chế việc ứng dụngsản phẩm của chúng trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm mộc.[29]

Tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Leningrat các nhà khoa học củaHọc viện đã tiến hành hoá dẻo gỗ ở nhiệt độ 160oC – 170oC sau đó tiến hànhnén ép ở áp lực cao (400-500 kgf/cm2) trong thời gian nhất định tạo ra các sảnphẩm gỗ biến tính có chất lượng cao.[29]

Các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu công nghệ gỗ SNIMODcủa Nga đã xây dựng được công nghệ nén ép gỗ bằng phương làm nóng gỗtrước Hai nhà khoa học đầu ngành của viện là GS V.G Matveeva và

H.M Tretverikova đã nén ép gỗ xuống 10% được làm nóng ở ngay trong máy

ép ở nhiệt độ 110 - 160oC, sau đó tiến hành gia nhiệt và nén ép ở các mứckhác nhau cho đến khi đạt được tỷ suất nén cuối cùng Gỗ nén ép có thể đạtđược khối lượng thể tích 1,300 g/cm3[21;29]

V.G Matveeva cũng đã khẳng định khi tăng mức độ nén gỗ, độ bền của

gỗ sẽ tăng lên mà không phụ thuộc vào phương pháp nén Khi tăng mức độ ép

gỗ cực đại thì độ bền của gỗ sẽ tăng lên rất nhanh [21]

Hai nhà khoa học GS A I Kalisin và T.A Darzihs thuộc Viện côngnghệ hoá học gỗ Latvia đã nghiên cứu thành công việc hoá dẻo gỗ bằng dungdịch amonac với các nồng độ khác nhau và amoniac ở dạng khí, sản phẩmtiếp tục được tiến hành nén ép ở nhiệt độ 140 - 160oC với áp lực từ 20 -80kgf/cm2trong thời gian nhất định.[20;21]

Tại Mỹ cũng đã nghiên cứu thành công việc nén ép gỗ bằng phươngpháp hoá dẻo gỗ bằng xử lý nhiệt sau đó nén ép ở áp suất cao Sản phẩm có

tên gọi thương mại (Staypak) [18].

Viện hoá học mỏ Bắc Kinh đã thí nghiệm dùng gỗ nén và thu được kếtquả thực nghiệm về tính đàn hồi [11]

Qua các công trình nghiên cứu trên cho thấy công nghệ nén ép gỗ đã pháttriển rất mạnh mẽ trên thế giới, và các sản phẩm gỗ nén có thương hiệu cũng

đã được sử dụng nhiều trên thị trường Mặc dù gỗ nén đã rất thông dụng trênthế giới nhưng gỗ sản xuất bằng phương pháp này có nhược điểm lớn là kíchthước gỗ không ổn định trong điều kiện ẩm ướt gỗ dễ hút ẩm đàn hồi trở vềtrạng thái ban đầu và việc ngăn ngừa sự đàn hồi vì thế cơ chế của quá trìnhnén ép gỗ nguyên nhân của sự đàn hồi trở về trạng thái ban đầu và việc ngănngừa sự trở về trạng thái ban đầu là một vấn đề cần được nghiên cứu dướinhiều phương diện khác nhau, nhưng vấn đề đàn hồi trở về trạng thái ban đầuvẫn không thể khắc phục hoàn toàn

+ Biến tính hóa- nhiệt cơ

Gỗ được tẩm hoá chất và nén ép trong một chế độ ép nhất định Sảnphẩm gỗ nén có tỷ trọng tương đối cao và tỷ suất đàn hồi trở lại thấp hơn sovới gỗ nén ép bằng phương pháp nhiệt cơ

Tại Nga, Trường Đại học Công nghiệp rừng Varonhet đã tạo ra phươngpháp biến tính gỗ loại hoá cơ bằng hoá dẻo gỗ bởi Ure Gỗ lá rộng có độ ẩm10-15% được tẩm ở áp suất 0.5 MPa, và làm nóng đến 950C, nén ở nhiệt độcao ở 1700C sau đó làm nguội đến 18-23oC Phương pháp này gọi là phươngpháp Daxtam [11;23;29]

Theo tác giả G L Angendorf (1982) trong thời gian này đã tạo ra hàngloạt phương pháp biến tính gỗ Ví dụ: dung dịch của U-F có khối lượng phân

tử thấp sẽ được tẩm vào gỗ dưới áp lực nhất định Sau đó nó được trùng hợp ởnhiệt độ từ 106oC-110oC trong môi trường dòng điện cao tần Những loại gỗbiến tính đó đã được ứng dụng trong công nghệ chế tạo tàu thuyền [25]

Các sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp hoá cơ đã khắc phụcđược nhược điểm của phương pháp nhiệt cơ Gỗ biến tính theo phương phápnày có tính ổn định kích thước cao hơn so với phương pháp nhiệt cơ Tuynhiên, do sử dụng hoá chất để hoá dẻo gỗ hoặc ngâm tẩm trong quá trình nén

ép nên đã ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường và sức khoẻ con người trongquá trình sản xuất và sử dụng hơn nữa giá thành sản phẩm cao cũng là nguyênnhân cản trở khả năng ứng dụng trong sản xuất

1.1.2 Trong nước

Tại Việt Nam công nghệ biến tính gỗ cũng đã bắt đầu được các nhà khoahọc nghiên cứu từ nhưng năm 1980 Các nhà khoa học tại Viện Khoa họcViệt Nam đã nghiên cứu và tạo ra các loại thoi dệt từ gỗ ép và keo phênol.Cùng với sự phát triển mạnh mẽ trên thế giới Từ năm 2002 đến nay,Viện KH Lâm nghiệp Việt nam, Trường Đại học Lâm nghiệp, đã đẩy mạnh

việc nghiên cứu biến tính gỗ, đặc biệt là gỗ rừng trồng Một số công trình cóthể kể ra như:

Năm 1990 TS Nguyễn Trọng Nhân đã nghiên cứu và đưa ra công nghệtẩm hoá chất và ép nhiệt để tạo ra phôi thoi dệt từ gỗ Vạng trứng: Tỉ trọng của

gỗ 0.9g/cm3; Nồng độ dung dịch tẩm 33%, độ nhớt của dung dịch tẩmBZ4:28s; Kích thước sản phẩm 36 x 5.5 x 7.6 cm, độ ẩm 12% [7]

Năm 2004, tại Trường Đại học Lâm nghiệp TS Trần Văn Chứ đã biếntính một số loại gỗ rừng trồng Bồ đề, Keo Lá Tràm, Keo Lai, làm đồ mộcbằng phương pháp hoá dẻo gỗ bằng dung dịch Ure và tiến hành nén ép ở nhiệt

độ và áp suất cao Sản phẩm gỗ biến tính có khối lượng thể tích tăng hơn sovới ban đầu [1] TS Vũ Huy Đại đã biến tính gỗ Keo tai tượng bằng phươngpháp hoá dẻo gỗ bởi dung dịch amoniac nồng độ 25% và tiến hành nén ép ởcác tỷ suất nén khác nhau 30%, 40%, 50% Sản phẩm gỗ biến tính có khốilượng thể tích, tính chất cơ lý cao hơn so với gỗ ban đầu [4]

Tiếp sau đó, nhiều đề tài, khoá luận của sinh viên Trường đại học Lâmnghiệp đã nghiên cứu về lĩnh vực này Các nghiên cứu chủ yếu tập theohướng ảnh hưởng của chế độ hoá dẻo, chế độ ép đến tính chất cơ lý và tínhđàn hồi trở lại của gỗ biến tính

Trần Ngọc Thành đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ suất nén và nhiệt độ đếntính chất cơ lý của gỗ Trám trắng làm ván sàn bằng phương pháp nhiệt cơ [12]Ngô Thị Hà nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ suất nén đến tính chất cơ lýcủa ván phủ mặt Trám Trắng [6] Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụngván mỏng biến tính để dán phủ cho gỗ và vật liệu gỗ

Với xu thế phát triển của ngành Chế biến lâm sản nước ta cần có nhiềunghiên cứu về nâng cao tính chất cơ lý của các loài gỗ mềm lá rộng nhằmhoàn thiện công nghệ biến tính gỗ bằng phương pháp nén ép để có thể tạo

nguồn nguyên liệu mới thay thế nguồn nguyên liệu gỗ rừng tự nhiên hiệnđang bị cạn kiệt.

Trám Trắng là loài cây gỗ mềm lá rộng thuộc chương trình trồng rừngtrọng điểm của nước ta có tốc độ sinh trưởng nhanh, được gây trồng trên diệnrộng trong cả nước Với mục đích sử dụng hiệu quả gỗ Trám Trắng đề tài tiếptục nghiên cứu công nghệ biến tính gỗ Trám Trắng làm ván phủ mặt cho gỗ

và vật liệu gỗ Hiện nay có rất ít các công trình nghiên cứu về lĩnh vưc này

1.2 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Việt Nam được coi là quốc gia xuất khẩu sản phẩm gỗ đứng thứ ba thếgiới, sau Trung Quốc và Thái Lan Gỗ Việt Nam đã xây dựng được những thịtrường quen thuộc như: Châu Âu, Nhật, Mỹ và một số nước Châu Á khác.Đây chính là những khu vực tiêu thụ gỗ mạnh trên thế giới Ngành chế biến

gỗ trong những năm qua đã có những đóng góp rất lớn cho nền kinh tế quốcdân Đồ gỗ xuất khẩu của nước ta liên tục tăng mạnh Năm 2000, kim ngạchxuất khẩu đồ gỗ cả nước là 219 triệu USD, năm 2002, con số này tăng rấtnhanh đạt gần 500 triệu USD, năm 2005, kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗtăng mạnh đạt 1,5 tỷ USD Tuy nhiên, để đạt được con số đó chúng ta phải bỏ

ra 80% giá trị số tiền để nhập khẩu nguyên liệu từ các nước trong khu vục vàthế giới Trong khi đó, nguồn nguyên liệu nước ta đã cạn kiệt hoặc chưa đápứng được yêu cầu về sản xuất đồ mộc Chính vì vậy, việc cung cấp đủ nguyênliệu cho nhu cầu phát triển của ngành chế biến gỗ và lâm sản đang là mộttrong những vấn đề cấp thiết hiện nay

Trước tình hình đó Thủ tướng Chính phủ đã ra chỉ thị số 19/2004/ TTg ngày 01/06/2004 về một số giải pháp phát triển nghành chế biến gỗ vàxuất khẩu sản phẩm gỗ Nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng để thay thế nguồnnguyên liệu từ gỗ tự nhiên cho sản xuất đồ mộc trong nước và xuất khẩu đã

CT-được Nhà nước ta khẳng định là nhiệm vụ chiến lược của ngành chế biến lâmsản ở nước ta trong những năm tới.

Để giải quyết vấn đề này có hai hướng, đó là: Phát triển nhanh diện tíchrừng nguyên liệu và nhanh chóng nghiên cứu, áp dụng các giải pháp công nghệnâng cao tính chất gỗ rừng trồng thay thế nguồn nguyên liệu truyền thống

Trám trắng (Canarium album Raeuch) thuộc loài cây mọc nhanh, có

khả năng thích ứng rộng với điều kiện đất và khí hậu Việt Nam Hiện nay, gỗTrám trắng thường chỉ sử dụng để bóc ván phủ mặt hoặc sử dụng trong sảnxuất đồ mộc thông thường với giá trị kinh tế thấp, các chi tiết đồ mộc phụ;việc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất đồ mộc chất lượng cao còn bị hạn chế.Một trong những nguyên nhân đó là gỗ có khối lượng thể tích thấp, mềm, dễ

bị nấm mốc mối mọt Việc nâng cao khối lượng thể tích, tính chất cơ lý của

gỗ Trám trắng nói riêng và gỗ rừng trồng bằng phương pháp nén ép nói chung

có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tuy nhiên, một trong những hạn chế củaphương pháp này là tiêu hao nguyên liệu lớn do gỗ đã bị nén xuống theo tỷsuất nén nhất định Do vậy, giải pháp biến tính ván phủ mặt cho gỗ và và vậtliệu gỗ được coi là có hiệu quả khi đồng thời giải quyết được các vấn đề: nângcao chất lượng gỗ nguyên liệu và giảm lượng tiêu hao gỗ khi nén ép Ván phủmặt có thể sử dụng rộng rãi để phủ lên bề mặt gỗ hoặc vật liệu gỗ, đây đượccoi là xu hướng sử dụng hiệu quả gỗ rừng trồng

1.3 Mục tiêu nghiên cứu.

- Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ ép, thời gian ép đến khối lượng thểtích, độ đàn hồi trở lại của ván phủ mặt biến tính

- Xác định một số tính chất chủ yếu của ván sàn được dán ván phủ mặtbiến tính

1.4 Phạm vi nghiên cứu

14.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nguyên liệu gỗ Trám trắng 15 tuổi khai thác tại vùng Bắc Quang –

Hà Giang

- Ván phủ mặt sau khi biến tính bằng phương pháp hoá cơ có chiều dày S

= 5mm với tỷ suất nén ban đầu=50%

- Ván sàn có kích thước: 300 x 90 x 15 mm có kết cấu 3 lớp, hai mặtđược dán bằng ván phủ mặt đã biến tính, lớp lõi từ gỗ Keo tai tượng 9 tuổi khaithác tại Lương Sơn – Hoà Bình

1.4.2 N ội dung nghiên cứu

- Hoá dẻo gỗ Trám Trắng bằng dung dịch amoniac nồng độ 25%

- Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ép, của thời gian ép đến khối lượng thểtích, độ đàn hồi trở lại của ván phủ mặt

- Nghiên cứu xác định môt số tính chất chủ yếu của ván sàn được dánván phủ mặt biến tính

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp kế thừa

Công nghệ nén ép gỗ là loại hình công nghệ đã phát triển mạnh mẽ ở nhiềunước trên thế giới, tuy nhiên ở nước ta vấn còn khá mới mẻ nhưng đã có nhữngkết quả ban đầu nghiên cứu về lĩnh vực này Do vậy luận văn đã kế thừa tài liệunghiên cứu ở trong và ngoài nước có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp thực nghiệm

1.5.1.1 Phương pháp hóa nhiệt cơ

Nguyên lý chung để tạo gỗ nén ép là gỗ phải được hoá dẻo và tiến hànhnén ép ở điều kiện nhiệt độ, thời gian, áp suất nhất định Qua tham khảo tài liệunghiên cứu ở nước ngoài và trong nước đề tài lựa chọn phương pháp hoá nhiệt

cơ, gỗ được hóa dẻo bằng dung dịch NH4OH nồng độ 25% sau đó được nén éptheo ba cấp nhiệt độ và thời gian trong cùng một tỷ suất nén

1.5.1.2 Bố trí thực nghiệm

+ Lựa chọn yếu tố công nghệ đầu vào.

Trong công nghệ nén ép gỗ bằng phương pháp nhiệt cơ có nhiều yếu tốảnh hưởng đến chất lượng gỗ nén: loại gỗ, tỷ suất nén, độ ẩm gỗ, nhiệt độ vàthời gian xử lý hoá dẻo, áp lực ép, chiều hướng nén ép gỗ

Với mục đích tạo thử nghiệm gỗ biến tính làm ván phủ mặt bằngphương pháp hoá cơ, trong điều kiện của luận văn tốt nghiệp hạn chế về thờigian và thiết bị, qua tham khảo tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước

1;4;7;11;25;29 đề tài lựa chọn hai yếu tố công nghệ có tác động lớn đếntính chất cơ lý của gỗ biến tính và sự ổn định kích thước đó là: Thời gian ép

và nhiệt độ ép

+ Phương pháp xử lý hóa dẻo.

Xử lý hóa dẻo bằng dung dịch NH4OH đã có nhiều công trình nghiên cứu

về vấn đề này, do vậy đề tài đã kế thừa một số kết quả nghiên cứu đã lựa chọnphương pháp xử lý hóa dẻo ván phủ mặt trám trắng trong dung dịch NH4OHnồng độ 25% bằng phương pháp ngâm thường trong thời gian 5 ngày

Bảng1.1 Thông số đầu vào và đầu ra của quá trình biến tính

Số

TN

Yếu tố đầu

vào

Yếu tố đầu ra Ván phủ

Nhiệt

độ,

o

C

Thời gian, phút

Khối lượng thể tích, g/cm3

Độ đàn

hồi trở lại,

%

Khối lượng thể tích, g/cm3

MOR, MPa

MOE, MPa

Độ

bền kéo

trượt

màng keo, MPa

Độ cứng

xung kích, g,mm/mm2

T 1  1 140 10 - - -

-T1 2 140 15 - - -

-T 1  3 140 20 - - -

-T 2  1 150 10 - - -

-T22 150 15 - - -

-T 2  3 150 20 - - -

-T3 1 160 10 - - -

-T 3  2 160 15 - - -

-T 3  3 160 20 - - -

-+ Yếu tố đầu ra

- Khối lượng thể tích ván phủ mặt, độ đàn hồi trở lại ván phủ mặt

- Khối lượng thể tích, độ bền cơ học của ván sàn: Độ bền kéo trượt màng keo, độ bền uốn tĩnh, Modull đàn hồi uốn tĩnh, độ cứng xung kích

+ Yếu tố cố định

Do điều kiện của đề tài nên các thông số sau được cố định: độ ẩm gỗ khi nén ép W=15%, tỷ suất nén ép =50%, hướng ép theo hướng xuyên tâm, chiều dày của gỗ trước khi nén ép h=10 mm

+ Mẫu thực nghiệm ván phủ mặt chưa biến tính có kích thước

- Chiều dài x chiều rộng x chiều dày: 300 x90 x 10 mm

- Ván sàn 3 lớp có kích thước: 300 x 90 x 15 mm

- Phương pháp sử dụng tiêu chuẩn:

Sử dụng các tiêu chuẩn về xác định kích thước và số lượng mẫu thínghiệm dựa trên các tiêu chuẩn của Việt Nam và Nga về thử cơ lý gỗ

Do gỗ sau khi nén ép đã mang tính chất của vật liệu ép lớp, xác định tínhchất của gỗ biến tính được tiến hành theo Tiêu chuẩn của gỗ biến tính của Liên

xô cũ và một số tiêu chuẩn thử của ván LVL Nguyên lý xác định tính chất cơ

lý được thực hiện như phương pháp thử cơ lý thông thường, tuy nhiên có sựkhác nhau về kích thước mẫu thử:

 Ván phủ mặt

Khối lượng thể tích gỗ khô kiệt: OCT 9629-66

Độ đàn hồi trở lại của gỗ: đề tài sử dụng tiêu chuẩn : OCT 11488- 61

Độ đàn hồi trở lại của gỗ biến tính được xác định theo công thức :[21]

,%

100

01

01 03

a

a a

a01- chiều dày mẫu gỗ sau khi nén ở trạng thái khô kiệt

a03- chiều dày mẫu gỗ sau khi nén ở trạng thái khô kiệt được ngâm trongnước trong thời gian 30 ngày và được sấy khô đến trạng thái khô kiệt

K- tỷ suất đàn hồi trở lại, %

 Ván sàn

Khối lượng thể tích kiểm tra theo tiêu chuẩn GB 9846.11-88

Độ bền uốn tĩnh, Modull đàn hồi uốn tĩnh, Độ bền kéo trượt màng keokiểm tra theo tiêu chuẩn: JAS S – 11.15.2 (1993)

Độ cứng xung kích được kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 369 – 70 sửa đổi

- Phương pháp xử lý thống kê: Các số liệu được xử lý thống kê bằngcácphương pháp thống kê trên máy vi tính phần mềm MS Excel 7.0

1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể mở ra xu hướng mới trong việc sử

dụng và nâng cao chất lượng gỗ Trám trắng (Canarium album) và các loại gỗ

khác theo xu hướng biến tính gỗ bằng phương pháp hoá - nhiệt cơ

Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Đặc điểm chung về gỗ

Gỗ là vật liệu rỗng, xốp, mao dẫn được cấu tạo từ các tế bào xếp dọc(mạch gỗ, sợi gỗ, tế bào mô mềm, quản bào, ống dẫn nhựa) và xếp ngang thâncây (tia gỗ, ống dẫn nhựa) Trong mỗi vòng năm, ở phần gỗ muộn có tế bàovách dày, ở phần gỗ sớm có các tế bào vách mỏng

Vách tế bào được tạo nên bởi thành phần chính là cellulose và các chấtnền - matrix (lignin và hemicellulose) [14;15]

Hình 2.1 Cấu trúc vách tế bào

Vách tế bào được cấu tạo bởi 3 chất cơ bản :

- Chất cốt lõi (Framwork substance)

- Chất nền (Matrix substance)

- Chất tạo vỏ (Encrating substance)

Mô hình cấu tạo siêu hiển vi của gỗ lá rộng do Hoffmann vàParamesweran xây dựng năm 1982 được thể hiện ở hình 2.1

Trong vách tế bào các phần tử cellulose xếp theo chiều dọc thân cây, gọi

là các mixen Giữa các mixel được lấp đầy, phân cách bởi các chất nền đượctạo thành từ hemicellulose và lignin Nước và nhiệt độ tạo nên những tácdụng khác nhau đối với chất nền và các mixen Tuy nhiên, phần tử nướckhông thể vào được các vùng kết tinh của mixen, vì vậy nước kết hợp tồn tại

ở giữa các chất nền và ở các khe hở giữa các chất nền và mixen, nó tạo thànhcác chất trương nở và dẻo hoá

Vách tế bào gỗ chủ yếu do cellulose và lignin tạo nên, cellulose làmthành sườn vững chắc như cốt sắt, lignin tựa như xi măng bám quanh sườn sắt

ấy Vách tế bào chia làm ba phần: màng giữa, vách sơ sinh và vách thứ sinh

Ba thành phần này khác nhau chủ yếu là do hàm lượng lignin nhiều hay ít

Gỗ là vật liệu polyme được tạo nên bởi các tế bào gồm các thành phầnhoá học 40 - 50% cellulose, 20 - 30% hemicellulose và 20 - 30% lignin [11]

Hình 2.2 Cấu tạo mixen xenlulô

Vùng vô định hình

10-30 nm

Cellulose có độ dẻo và là thành phần chịu lực chính của vách tế bào, lignin

có tính cứng và có sức chịu nén lớn khi ép ngang thớ Theo nhiều tác giảcellulose là một chất hữu cơ cao phân tử thiên nhiên có công thức (C6H10O5)n.Phân tử cellulose là sự liên kết của các phân tử D - glucose, chuỗi cellulosechứa từ 200 - 3000 phân tử monome liên kết với nhau ở vị trí 1- 4 tạo nên sợi

cơ bản Ở mỗi mắt xích của phân tử cellulose có ba nhóm hydroxyl (- OH) ở

vị trí 2, 3, 6 (trong đó có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai).Trong quátrình tạo thành các dẫn xuất của cellulose, khả năng phản ứng của các nhómchức hydroxyl đóng vai trò quan trọng Cấu tạo phân tử cellulose được mô tảnhư hình 2.3

- Sự tạo thành các hợp chất cộng

Nguyên nhân của các phản ứng tạo thành các hợp chất cộng là: trongthời gian gỗ trương nở, các liên kết hydro giữa các phân tử cellulose ở cạnhnhau bị đứt và tại những liên kết đó, các phân tử của tác nhân bị đẩy, gỗ cócấu tạo xốp nên các chất tác nhân có thể phân tán tự do và có điều kiện tácđộng lên nhóm hydroxyl (- OH) của phân tử cellulose

Các kiểu hợp chất cộng của cellulose có thể chia thành bốn nhóm cơ bản làalkali cellulose (cellulose kiềm), cellulose acid, amino cellulose và cellulose muối

0H H

H 0H

0

0H H

0H H

H 0H H

Hình 2.3 Phân tử Cellulose

- Quá trình trương nở của cellulose

Cellulose là chất cao phân tử có cực, như vậy dung môi gây trương nởhay hoà tan cellulose cũng phải là dung môi có cực Thực chất quá trìnhtrương cellulose là quá trình tác nhân gây trương xâm nhập vào, bứt phá cácliên kết cầu hydro giữa các phân tử cellulose cạnh nhau, khi đó làm chokhoảng cách các cellulose tăng lên, dẫn đến liên kết của chúng (liên kếtvandecvan) yếu đi, các phân tử cellulose dễ bị xê dịch và trở nên lỏng lẻohơn, đồng thời khi liên kết cầu hydro bị phá vỡ sẽ tạo điều kiện thuận lợi chocác tác động khác làm thay đổi cấu trúc của phân tử cellulose trong gỗ Hiệntượng trương nở của cellulose có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ biếntính gỗ, do đó làm cho tính chất cơ học, vật lý và hoá học của gỗ thay đổi.Quá trình trương nở cellulose trong nước là trường hợp điển hình, bảnchất quá trình trương nở cellulose trong nước được mô tả như hình 2.4

2.1.2 Lignin

Lignin là một tập hợp các chất hữu cơ có sự biến động lớn về cấu tạo,thành phần hoá học Dưới tác động của nhiệt độ cao, lignin bị mềm hoá

Hình 2.4 Quá trình trương cellulose trong nước

a - Cellulose với liên kết cầu hydro; b – sự trương nở của cellulose trong nước

Lignin cũng có tính chất trương nở và hoà tan trong những dung môithích hợp như dung dịch kiềm Lignin là một cao phân tử gồm các đơn vịphenylpropan Các nhóm chức cơ bản trong lignin gồm nhóm metoxyl (-OCH3), nhóm hydroxyl (-OH) Các đơn phân tử trong lignin liên kết với nhaubằng những liên kết ete và liên kết C - C, tạo ra cấu trúc mạng phức tạp.

Liên kết C - C rất bền vững đối với xử lý hoá học và là yếu tố cơ bảnngăn cản sự tạo thành các đơn phân tử lignin trong những xử lý hydro hoá,phân giải bằng etanol

2.1.3 Hemicellulose

Cũng như cellulose, hemicellulose là những chất polysaccharides cấu tạonên vách tế bào, nhưng so với cellulose thì hemicellulose kém ổn định hoá họchơn, dễ bị phân giải khi ở nhiệt độ cao Hemicellulose gồm có pentozan(C5H8O4)nvà hexosan (C6H10O5)n

Trong hemicellulose có một tỷ lệ khá lớn acid uronic, đó là acid của cácloại đường có công thức CHO(CHOH)COOH Khi thủy phân, các nhómcacboxyl của acid bị phân giải thành CO2

Hemicellulose chứa các nhóm acetyl và metoxyl, các nhóm này cũng bịphân giải khi thủy phân Như vậy, quá trình thủy phân hemicellulose dẫn tới

sự phân giải các hợp tử của hemicellulose để tạo ra các sản phẩm trung giancủa polysaccharides, các chất này không tan trong nước, làm cho khả nănghút nước và trương nở của gỗ giảm đi

Ta thấy, tất cả các thành phần hoá học này đều có nhóm hydroxyl(-OH) Nhóm chức này đóng vai trò quan trọng trong việc tương tác giữa gỗ vànước Sự co dãn của gỗ là do sự thay đổi ẩm của gỗ mà gây nên, nó phát sinh ởdưới điểm bão hoà thớ gỗ mà nguyên nhân của nó là những ion tự do OH- trongkhu vực phi kết tinh của cellulose hấp phụ thành phần nước trong không khí đồngthời 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, nởdẫn đến kích thước không ổn định Ngoài ra hemicelulose, lignin và các thànhphần khác cũng có thể hút nước Hemicellulose hút nước rất mạnh, tiếp đó làlignin, cuối cùng là cellulose.

Độ bền của các thành phần cấu tạo nên gỗ không giống nhau Vách tếbào dày có độ bền cao hơn các loại tế bào vách mỏng Ví dụ độ bền của quảnbào gỗ muộn có thể lớn hơn quản bào gỗ sớm từ 3 - 4 lần, điều này có thể giảithích bằng sự khác nhau về chiều dày của vách tế bào

Sự khác nhau về mật độ của các thành phần cấu tạo nên gỗ xác định bằng

sự khác nhau về độ bền của phần gỗ sớm và gỗ muộn Giữa khối lượng thểtích và độ bền tồn tại mối liên quan chặt chẽ:

 - Độ bền của gỗ; a, b hệ số không đổi;  - KLTT của gỗ

Theo mối quan hệ này thì để tăng độ bền của gỗ ta cần phải tăng khốilượng thể tích của gỗ Do gỗ là vật liệu xốp, rỗng nên ta có thể đi đến kết luận

là độ bền của gỗ có thể được nâng cao bởi quá trình nén gỗ, có nghĩa là tăngcác chất gỗ trong đơn vị thể tích, nếu quá trình nén đó không phá hoại tế bào

gỗ và sự đàn hồi trở lại của gỗ sau khi nén không đáng kể

2.2 Đặc điểm của gỗ Trám trắng

Trám trắng thuộc nhóm cây gỗ lớn chiều cao có thể đạt 25 m, đường kính

có thể đến 120cm, thân tròn thẳng Trám trắng là cây bản địa, mọc nhanh, ưasáng, tái sinh bằng hạt và chồi tốt thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Namphân bố rộng khắp từ Bắc đến Nam, là loại cây đa tác dụng, mọc nhanh có biên

độ sinh thái rộng, dễ gây trồng [12], gỗ Trám trắng màu xám trắng, mềm nhẹ,vân thớ đồng đều và mịn Gỗ dễ bị mối mọt nấm mốc thường chỉ sử dụng làmván phủ mặt, bao bì và đồ mộc thông thường Hệ số tròn đều Kr> 0,7; độ congnhỏ hơn 2% và độ thót ngọn nhỏ hơn 2cm/m; không có u bướu bạnh vè; rất ít

mắt và mắt rất nhỏ, mắt chìm, chủ yếu tập trung ở phần ngọn Vỏ cây khôngdày và dễ bóc; có tuỷ rỗng nhưng nhỏ (đường kính khoảng 1cm); không nứtđầu (không nứt theo tia gỗ, không nứt theo vòng năm và không nứt bên), nhưng

gỗ thường có lỗ mọt ở phần gỗ giác (lỗ mọt nhỏ hoặc lỗ mọt trung bình) phântán, độ sâu khoảng 10 - 20mm Đây là một trong những khuyết tật lớn và điểnhình của gỗ Trám trắng Gỗ có màu trắng sáng, gỗ giác và gỗ lõi không phânbiệt, vòng năm không rõ, gỗ sớm và gỗ muộn không phân biệt, mạch gỗ phântán, tụ hợp kép - đơn Số lượng lỗ mạch 5 - 10 lỗ/mm2, đường kính lỗ mạchtheo phương tiếp tuyến từ 160 - 200m Tế bào mô mềm xếp dọc thân câykhông rõ, khó quan sát Tia gỗ nhỏ (hẹp), khó quan sát, độ rộng tia gỗ từ 25 -38m, số lượng tia gỗ ít, nhỏ hơn 5 - 6 tia/mm, thớ gỗ thẳng Có ống dẫn nhựa

ở vỏ cây, không có chất tích tụ, pH = 6,7 Gỗ Trám trắng rất dễ bị mốc nếu bảoquản không phù hợp thì gỗ Trám trắng bị mốc rất nhanh [5;10]

6 Độ cứng xung kích mặt tiếp tuyến g.mm/mm2 993,35

2.3 Nguyên lý nén ép gỗ

Gỗ là vật liệu dị hướng cao có cấu tạo và tính chất không đồng nhất theo

3 chiều, do vậy tiến hành nén ép gỗ phải tuân thủ một số nguyên lý sau:

a Vì để nâng cao độ bền và tính chất cơ học của tất cả các loại gỗ, dưới

tiền đề không làm phá huỷ vách tế bào của gỗ mà có thể dùng phương phápnén ép làm tăng khối lượng thể tích của gỗ

Tính chất vật lý và hoá học chủ yếu của gỗ không hoàn toàn được quyếtđịnh bởi loài cây Ví dụ như mật độ của gỗ vào khoảng 1.46 g/cm3, dù chomức độ phức tạp cấu tạo giải phẫu của gỗ như thế nào mật độ của gỗ với độbền cơ học của nó tồn tại một tương quan nhất định Newlin, Ja và Wilfel đãchỉ ra quan hệ dưới đây [11;29]

b r





Trong đó:  - Giá trị bền của gỗ

n - độ nghiêng của đường cong Parabol

a, b - Hằng số thí nghiệm

r - Khối lượng thể tích

Do đó khi lượng thể tích của gỗ được tăng lên thì độ bền của gỗ tăng lên

r.n lần.

b Hướng nén ép phải được tiến hành vuông góc với chiều thớ gỗ, với tất

cả các loại gỗ lá kim cũng như lá rộng đều phải nén ép theo hướng xuyên tâm,duy chỉ với gỗ cây lá rộng mà mạch phân tán thì vừa có thể nén ép theo chiềuxuyên tâm cũng như chiều tiếp tuyến

Độ dày vách tế bào không giống nhau, do đó mà độ bền của nó cũng có

sự sai lệch; thông thường phân tử của vách tế bào dày (ví như quản bào tronglớp gỗ muộn của cây lá kim) có độ bền cao hơn của phân tử trong vách tế bàomỏng (ví như quản bào trong gỗ sớm cây lá kim) Căn cứ vào giải phẫu phân

tử gỗ thì đặc trưng phân bố trên mặt cắt ngang có thể khái quát phân tất cả cácloại gỗ thành 2 loại:

Gỗ cây lá kim và gỗ cây lá rộng mạch vòng thuộc về loại thứ nhất Phân

tử vách mỏng của nó đều được phân bố trên phần gỗ sớm của vòng năm, hình

thành một vòng xốp mềm, phân tử vách dày hàng năm cũng hình thành vòng

tổ chức tương tự - gỗ muộn

Gỗ cây lá rộng mạch phân tán thuộc về loại thứ hai, phân tử vách mỏngcũng như trong vách dày trên mặt cắt ngang được phân bổ tương đối đều đặn

c Gỗ nén ép nhất thiết phải qua xử lý hoá dẻo có thể bằng các phương

pháp vật lý như hấp luộc, xử lý nhiệt; phương pháp hoá học sử dụng các hoáchất để làm dẻo gỗ Độ ẩm của gỗ và nhiệt độ có thể xem là tính dẻo trong quátrình nén ép gỗ, tính dẻo tuỳ thuộc vào nhiệt độ tăng cao mà tăng theo, còntrong vách tế bào gỗ lượng nước nhất định trong đó (không nên nhỏ hơn 6%)

có thể làm giảm bớt hệ số nội ma sát trong quá trình biến dạng nén ép gỗ Do

đó dưới trạng thái nhiệt ẩm tính dẻo của gỗ có thể được nâng lên, công suất nén

ép cũng không yêu cầu lớn, làm giảm đi rất nhiều khả năng phá hoại tế bào của

gỗ Sau khi nén ép qua sấy khô và làm nguội gỗ mới trở thành vật liệu mới

2.4 Xử lý hoá dẻo gỗ

Biến tính gỗ, xử lý hoá dẻo gỗ có vai trò rất quan trọng trong chế biến lâmsản, công đoạn này phục vụ cho rất nhiều mục đích Trên thực tế, nó tập trungvào các mục đích sau: tạo hình các sản phẩm mộc; trong việc nén ép gỗ tạo nêncác sản phẩm có độ bền cao, siêu bền; ép thành sản phẩm có hình dạng nhấtđịnh, gỗ dẻo hoá vĩnh cửu; hoá dẻo gỗ tạo nên những vật liệu có dạng plastic

2.4.1 Các phương pháp hoá dẻo

Trong xử lý hoá dẻo gỗ người ta thường dùng hai phương pháp cơ bản sau:

-Phương pháp vật lý: gia nhiệt bằng cách hơ lửa; luộc, hấp hỗ; gia nhiệt

bằng cao tần; gia nhiệt bằng vi sóng; gia nhiệt bằng phương pháp tích nhiệt(tiếp xúc)

-Phương pháp hoá học: là phương pháp hoá dẻo gỗ trên cơ sở sử dụng

hoá chất: sử dụng dung dịch, hơi NH3

,dung dịch bazơ (NaOH, KOH), Ure

2.4.2 Cơ chế hoá dẻo gỗ

+ Đặc điểm của vật liệu gỗ khi hoá dẻo

Gỗ có khả năng dẻo hoá: Sử dụng những tác nhân thích hợp làm cho gỗ

có tính dẻo được gọi là gỗ có khả năng dẻo hoá:

- Modull đàn hồi giảm xuống thì vật liệu sẽ trở nên mềm dẻo

- Khu vực đàn hồi thu nhỏ hoặc tiêu biến sẽ làm cho sau khi biến dạngkhó hồi phục lại trạng thái ban đầu

- Ứng suất phá hoại tăng lên thì biến dạng của vật liệu cũng tăng lên

- Năng lượng phá huỷ tăng lên, với vật liệu giòn trở nên “dính” hơn, mànâng cao nhiệt độ lên, rất dễ làm cho gỗ bị biến dạng Gỗ do trương giãn màlàm cho Môđun đàn hồi giảm xuống Mức độ biến dạng tuỳ thuộc vào loạidung dịch trương nở khác nhau, tỷ lệ giãn nở khác nhau mà khác nhau

+ Đàn hồi và Modull đàn hồi

- Đàn hồi: Chất rắn chịu tác động ngoại lực mà sinh ra biến dạng, sau khi

ngoại lực bị huỷ bỏ biến dạng trở ngay về trạng thái ban đầu về hình dạngcũng như kích thước Tính chất đó được gọi là đàn hồi

- Modull đàn hồi: Dưới một tỷ lệ giới hạn nhất định, quan hệ giữa biến

dạng và ứng suất tuân theo định luật Hooke, tức ứng suất và biến dạng theo tỷ

lệ thuận, hằng số tỷ lệ này được gọi là Modull đàn hồi

Modull đàn hồi = ứng suất/ Biến dạngModull đàn hồi là ứng suất của một đơn vị biến dạng của vật liệu, nóbiểu trưng độ lớn nhỏ chống lại khả năng biến dạng của vật liệu Modull cànglớn biến dạng càng khó khăn, biểu thị độ cứng của vật liệu càng lớn Gỗ là vậtliệu dị hướng, ở các phương chiều khác nhau thì tính chất cơ học cũng khácnhau, tất nhiên Modull đàn hồi cũng sẽ khác nhau Thông thường theo hướngdọc thớ tương đối lớn, còn theo hướng xuyên tâm và tiếp tuyến tương đốinhỏ Thứ tự được biểu diễn như sau:

El >> Er >> EtGiá trị của tỷ số El/Er (Đối với gỗ Mao sơn) là 12: 1, (Đối với gỗ nhẹ) là58:1 Từ đó nói lên rằng gỗ là loại vật liệu có tính dị hướng dị tính rất cao.Modull đàn hồi của gỗ tuỳ thuộc vào mật độ gỗ càng lớn thì sẽ càng lớn.

+ Dẻo và biến dạng dẻo

Khi ứng suất vượt qua tỷ lệ ứng suất giới hạn thì biến dạng biến đổikhông theo tỷ lệ thuận với ứng suất mà sự biến dạng sẽ tiến triển rất nhanhmặc cho ứng suất không hề được tăng lên, tại điểm đó được gọi là giới hạnchảy; Tính chất của ứng suất của vật liệu không thay đổi mà biến dạng vẫntiếp tục được gọi là tính dẻo

Biến dạng dẻo là biến dạng vĩnh cửu khi ngoại lực đã được huỷ bỏ màkhông có thể khôi phục hình dạng và kích thước ban đầu

Biến dạng đàn hồi của gỗ là do phát sinh sự trượt giữa các sợi Celluloze,trong vách tế bào cũng phát sinh biến dạng, nhưng giữa các vách tế bào với nhaukhông xuất hiện biến dạng vĩnh cửu, do đó biến dạng đàn hồi là sự biến dạngtrong phân tử và sự co dãn khoảng cách giữa nhóm chức trong phân tử

Biến dạng dẻo của gỗ là do ứng suất trong các sợi vi Celluloze quá lớn màphát sinh sự phá hoại mà làm cho các cầu trung gian bị phá huỷ, sự biến dạngcủa vách tế bào mà làm cho xuất hiện những đứt rạn vĩnh cửu Do đó, biến dạngdẻo là sự chuyển dịch đan chéo nhau giữa các vị trí tương đối trong phân tử

Gỗ là loại vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo mà đường thẳngbiểu diễn mối tương quan giữa biến dạng với ứng suất so với vật liệu đàn hồi

lý tưởng có sự khác biệt, trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm bình thường, gỗchịu tác động của ngoại lực, thì giới hạn điểm chảy thể hiện không rõ ràng.Ngoài ra, điểm hoá mềm gỗ cao hơn nhiệt độ nhiệt phân gỗ, gỗ là vật liệuthiếu tính dẻo

Ngoài tác dụng của trương nở đối với tính năng biến dạng ra, khi có tácdụng ngoại lực lên gỗ ướt đồng thời vừa sấy khô vừa nâng cao nhiệt độ, tínhnăng biến dạng sẽ tốt hơn khi giữ ở nhiệt độ cố định và độ ẩm cố định Lượngbiến dạng tối đa có thể gấp 3 lần lượng biến dạng thời kỳ đầu, còn loại biến dạngnày sau khi loại bỏ ngoại lực có thể trở thành tàn dư biến dạng vĩnh cửu.

+ Các chuyển hoá trong gỗ

Chuyển hoá tinh thể của lignin: chuyển biến là hiện tượng phổ biến củacác vật liệu cao phân tử không định hình, vì không có khả năng tạo thành toàn

bộ các hợp chất cao phân tử kết tinh nên không thể hình thành được kết tinh100%, do đó luôn luôn tồn tại vùng không kết tinh Khi các chất liệu cao phân

tử phát sinh chuyển hoá thuỷ tinh các tính chất vật lý, cơ học đặc biệt là tínhchất cơ học có sự thay đổi mạnh mẽ, trong khu vực nhiệt độ chuyển hoá chỉcần thay đổi nhiệt độ khoảng vài độ thì modul đàn hồi đã thay đổi 3 - 4 cấp.Lúc này, gỗ từ vật rắn có độ cứng tương đối cao đột nhiên trở thành vật liệuđàn hồi dẻo, hoàn toàn thay đổi tính năng vốn có của vật liệu Vì thế, chuyểnbiến thuỷ tinh là một tính chất vô cùng quan trọng của chất cao phân tử Tronghình 2.5 biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển hoá và biến dạng gỗ

Chuyển hoá thuỷ tinh của vật liệu cao phân tử là sự chuyển biến giữatrạng thái thuỷ tinh và trạng thái đàn hồi cao Nhiệt độ chuyển hoá thuỷ tinh(Tg) là một chỉ tiêu quan trọng để biểu thị chuyển hoá thuỷ tinh, khi nhiệt độ

gỗ (T) nhỏ hơn nhiệt độ chuyển hoá thuỷ tinh Tg, lúc này gỗ đang ở trạng tháithuỷ tinh, khi nhiệt độ gỗ (T) nằm trong khoảng nhiệt độ chuyển hoá thuỷ tinh

va nhiệt độ lỏng dính (Tf) (T  (Tg & Tf)) thì gỗ đang ở trạng thái đàn hồicao, khi nhiệt độ gỗ T lớn hơn nhiệt độ chuyển hoá lỏng dính Tf thì gỗ ở trạnglỏng dính

Khi nhiệt độ gỗ nhỏ hơn nhiệt độ thuỷ tinh hoá thì năng lượng của phân

tử rất thấp những chuyển động của các mắt xích bị đông cứng và ta không đođược chuyển động của các đoạn mạch biểu thị biến dạng Vì thế, trên quanđiểm vi mô biến dạng của chất cao phân tử trạng thái thuỷ tinh là rất nhỏ Khinhiệt độ tăng cao thì năng lượng chuyển động nhiệt và thể tích tự do của phân

tử của các chất cao phân tử tăng dần, và tại thời điểm nhiệt độ đạt đến nhiệt

độ thuỷ tinh hoá thì chuyển động của các mắt xích phân tử bắt đầu bị kíchphát, lúc này hình thành khu vực chuyển hoá thuỷ tinh của trạng thái động lựchọc chất cao phân tử vô định hình (lignin) Khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ Tfthì gỗ chuyển hoá thành dạng lỏng dính làm cho chất cao phân tử giống nhưchất lỏng dính sản sinh chuyển động của chất lỏng dính

Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh, lignin có đặc tính chuyển hoáthuỷ tinh của chất cao phân tử vô định hình Khi gia nhiệt cho lignin đạt đếnnhiệt độ chuyển hoá thuỷ tinh thể Tg, lignin nhanh chóng dẻo hoá Các yếu tốlàm ảnh hưởng đến nhiệt độ dẻo hoá của lignin là nguồn gốc, phương phápphân ly phân tử lượng, độ ẩm của lignin Nếu độ ẩm của lignin thấp thì nhiệt

độ chuyển hoá cao, ngược lại nếu độ ẩm của lignin cao thì nhiệt độ chuyểnhoá thuỷ tinh của nó giảm xuống

Cơ chế cũng như quá trình chuyển hoá thuỷ tinh thể của lignin rất quantrọng trong công nghệ biến tính gỗ bằng phương pháp nén ép, gia nhiệt trựctiếp Trong quá trình ép tạo chiều dày ván, khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độchuyển hoá thuỷ tinh thể nhờ vào tác dụng dẻo nhiệt của lignin có thể nhanhchóng tạo được chiều dày ván với áp lực nhỏ.

Thuỷ tinh hoá biến đổi là hiện tượng rất phổ biến của dạng cao phân tử

vô định hình, bởi vì cho dù là cao phân tử kết tinh cũng khó có thể đạt đượckết tinh 100%, mà luôn luôn tồn tại khu vực phi kết tinh Khi cao phân tử kếttinh thuỷ tinh hoá biến đổi rất nhiều tính chất vật lý, cơ học biến đổi mạnh

mẽ, đặc biệt là tính cơ học, nhiệt độ chỉ thay đổi vài độ trong khu vực biến đổi

mà Modull đàn hồi đã thay đổi 3 - 4 cấp ( Hình 2.6)

Vật liệu từ trạng thái cứng hoá đột nhiên biến đổi trở thành vật liệu đànhồi mềm dẻo, vật liệu đã hoàn toàn biến đổi tính năng vốn có của nó Chấtdẻo sử dụng cao phân tử khi nhiệt độ nâng đến xuất hiện hiện tượng thuỷ tinhhoá biến đổi thì sẽ mất đi tính dẻo trở thành cao su hoá Do đó, thuỷ tinh hoá¸

Trạng thái thuỷ tinh

biến đổi là một tính chất quan trọng của cao phân tử Nghiên cứu hiện tượngthuỷ tinh hoá biến đổi có một ý nghĩa thực tiễn và lý luận rất quan trọng.

Từ đường cong động thái ta biết tính dẻo và đàn hồi của cao phân tử điểnhình có thể căn cứ vào nhiệt độ khác nhau mà chia thành 5 khu vực Đườngcong động thái cơ học điển hình của vật liệu cao phân tử phi trạng thái tinhthể như hình 2.7 chỉ rõ Dưới nhiệt độ thuỷ tinh hoá, Modull của cao phân tửkhoảng chừng 1 Gpa, đồng thời tuỳ theo nhiệt độ nâng cao thì Modull lạigiảm xuống rất chậm Lấy nhiệt độ tương ứng của điểm uốn đường cong biểudiễn Modull hay giá trị cực đại của đường cong tiêu hao bên trong làm nhiệt

độ thuỷ tinh hoá biến đổi Tg của cao phân tử Trong khu vực thuỷ tinh hoábiến đổi, Modull giảm xuống khoảng 1.000 lần Nhiệt độ lại nâng lên, caophân tử nằm trong khu vực trạng thái cao su, Modull khoảng 1 MPa, đồngthời không phụ thuộc vào nhiệt độ Qua khu vực biến đổi thứ 2 cuối cùng làkhu vực chất lỏng lưu động, cao phân tử ở trạng thái chảy dính, Modull lạitiếp tục giảm

Ở trạng thái thuỷ tinh và trạng thái cao su, sự tiêu hao bên trong của caophân tử nhỏ là hoàn toàn có thể giải thích được.Ở trạng thái thuỷ tinh, caophân tử cơ bản chỉ phát sinh biến hình dạng thông thường, biến dạng đàn hồi

Hình 2.7 Diễn biến động thái điển hình cao phân tử phi kết tinh

thông thường không hao tổn bất kỳ năng lượng nào.Ở trạng thái đàn hồi cao,chuỗi phân tử có thể vận động tự do, cao phân tử phát sinh biến dạng thuậnnghịch cao, góc lệch giữa đường ứng suất và đường biến dạng rất bé, cũng cóthể xem như không hề tiêu hao năng lượng Trong khu vực biến đổi, nguyênnhân làm tiêu hao bên trong và một số chuỗi phân tử nào đó có thể tự do vậnđộng trong khu vực biến đổi của cao phân tử; Có một số lại không có thể vậnđộng trong một giai đoạn biến dạng nào đó, cái trước tích luỹ ít năng lượnghơn cái sau Khi một số chuỗi phân tử vận động tự do trong trạng thái thuỷtinh, những năng lượng thừa được thoát ra dưới dạng nhiệt Có một nănglượng tiêu hao bên trong rất lớn xuất hiện trong khi thuỷ tinh hoá biến đổi làbởi vì trong nhiệt độ của khu vực này là như vậy; rất nhiều phân tử đông kếtcủa cao phân tử bắt đầu nóng chảy, khi nó phát sinh biến dạng đàn hồi cao sẽlàm cho năng lượng thừa biến thành nhiệt năng.

- Sự biến đổi thuỷ tinh hoá trong thành phần vách tế bào do HemiCelluloze và Lignin là sản phẩm cao phân tử ở trạng thái phi tinh thể điểnhình, thuỷ tinh hoá biến đổi thể hiện rất rõ ràng Stone và đồng nghiệp nghiêncứu phát hiện khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ thuỷ tinh hoá Tg, Lignin sẽ mềmhoá và trở nên dính, đồng thời phát hiện thấy khi Lignin hấp thụ một lượnglớn nước sẽ làm cho nhiệt độ thuỷ tinh hoá biến đổi giảm xuống rõ rệt, HemiCelluloze cũng có tính năng tương tự Celluloze bởi vì có tính kết tinh nhiệt

độ mềm hoá của nó hầu như không phụ thuộc vào thành phần nước