Nghiên cứu mối quan hệ giữa việc xử lý ổn định kích thước đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ Keo Lá tràm (Acacia Auriculiformis) đã xử lý chậm cháy

Qua những phân tích trên cho thấy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ biến tính nhiệt để tiến hành xử lý ổn định kích thước cho gỗ Keo lá tràm đã quả xử lý chậm cháy là rất cần thiết, và

Trang 1

i

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Lâm nghiệp theo chương trình đào tạo sau đại học chuyên ngành Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy khoá 2010-2012, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân

Nhân dịp hoàn thành luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS

Vũ Mạnh Tường đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô giáo

và cán bộ của khoa Sau đại học, khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng, Trung tâm thí nghiệm-thực hành khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thư viện của Trường Đại học Lâm Nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn dành sự động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt bản luận văn này

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Trung Hiếu

Trang 2

ii

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 4

1.1.1 Các nghiên cứu về xử lý ổn định kích thước 4

1.1.2 Các nghiên cứu về xử lý chậm cháy 10

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

1.2.1 Các nghiên cứu về ổn định kích thước 14

1.2.2 Các nghiên cứu về xứ lý chậm cháy 16

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Mục tiêu 18

2.1.1 Mục tiêu tổng quát 18

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 18

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 18

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 18

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 18

2.3 Nội dung nghiên cứu 19

2.4 Phương pháp nghiên cứu 20

2.4.1 Phương pháp lý thuyết 20

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm 20

2.4.3 Phương pháp thống kê toán học 28

2.5 Ý nghĩa của luận văn 28

2.5.1 Ý nghĩa khoa học 28

2.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 29

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30

3.1 Thành phần hóa học của gỗ 30

3.2 Cơ chế biến tính gỗ bằng chất chậm cháy MAP 38

3.3 Ảnh hưởng của chất chậm cháy MAP đến tính chất gỗ 41

3.3.1 Ảnh hưởng đến cường độ cơ học của gỗ 41

3.3.2 Ảnh hưởng đến tính hút ẩm của gỗ 43

3.3.3 Ảnh hưởng đến tính dán dính của gỗ 44

Trang 3

iii

3.3.4 Ảnh hưởng đến tính chịu ăn mòn 44

3.3.5 Ảnh hưởng đến tính trang sức của gỗ 45

3.3.6 Khả năng duy trì MAP trong gỗ 45

3.4 Cơ chế biến đổi tính chất gỗ của biến tính nhiệt 46

3.4.1 Cơ chế biến đổi khối lượng thể tích gỗ 46

3.4.2 Cơ chế biến đổi tính ổn định kích thước gỗ 46

3.4.3 Cơ chế biến đổi tính chất cơ học của gỗ 49

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 56

4.1 Các đặc điểm của gỗ Keo lá tràm 56

4.1.1 Đặc điểm của gỗ Keo lá tràm 56

4.1.2 Một số tính chất chủ yếu 57

4.2 Kết quả thực nghiệm 58

4.2.1 Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường xử lý trong giai đoạn làm nóng và sấy gỗ 58

4.2.2 Tỉ lệ tổn hao khối lượng của mẫu gỗ sau quá trình xử lý (ML) 59

4.2.3 Tính ổn định kích thước của gỗ 62

4.2.4 Tỉ lệ hút nước (WA) và hiệu suất chống hút nước (WRE) của gỗ 63 4.2.5 Khối lượng thể tích 65

4.2.6 Cường độ uốn tĩnh 66

4.2.7 Cường độ nén dọc thớ 68

4.2.8 Khả năng dán dính (thí nghiệm kéo trượt màng keo) 70

4.2.9 Khả năng chậm cháy 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

Trang 4

iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

8 T1 Hút nước trung bình của mẫu đối chứng %

10 a c (v) Trương nở thể tích trung bình của mẫu đối chứng %

11 a t (v) Trương nở thể tích trung bình của mẫu xử lý %

Trang 5

4.3 Kết quả xác định hệ số chống hút nước của gỗ Keo lá tràm

sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau 62 4.4 Kết quả xác định hiệu suất chống hút nước (%) của gỗ Keo

lá tràm sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau 64 4.5 Kết quả xác định Khối lượng thể tích của gỗ Keo lá tràm sau

khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau

65

4.6 Kết quả xác định cường độ uốn tĩnh (MOR, MPa) của gỗ

Keo lá tràm sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau

67

4.7 Kết quả xác định cường độ nén dọc (CS, MPa) của gỗ Keo

lá tràm sau khi xử lý ở các chế độ xử lý khác nhau

68

4.8 Kết quả xác định cường kéo trượt màng keo (MPa) của gỗ

70

4.9 Kết quả xác định tỉ lệ giảm khối lượng khi cháy (%) của gỗ

72

Trang 6

gỗ sau khi được xử lý bằng hoá chất chống cháy

nước

36

3.6 Sự thay đổi của liên kết hydro giữa các phân tử Xenlulo

trong quá trình xử lý nhiệt

49

3.7 Quá trình phân giải do nhiệt của Hemixelulo trong gỗ 51

3.9 Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt 55 4.1 Sự thay đổi thời gian và nhiệt độ môi trường xử lý trong giai

đoạn làm nóng gỗ

59

4.2 Mối quan hệ giữa tỉ lệ tổn hao khối lượng (ML) và thời gian

xử lý nhiệt của gỗ Keo lá tràm

60

4.3 Mối quan hệ giữa ASE và thời gian xử lý nhiệt của gỗ Keo lá

tràm không xử lý và đã xử lý chậm cháy

62

Trang 7

4.9 Quan hệ giữa chế độ xử lý và Tỉ lệ giảm cường độ kéo trượt

màng keo của gỗ Keo lá tràm

71

4.10 Quan hệ giữa chế độ xử lý và Tỉ lệ giảm khối lượng khi cháy

của gỗ Keo lá tràm

73

Trang 8

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, từ xưa đến nay gỗ luôn là loại vật liệu thân thiện với môi trường và được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, kiến trúc, hóa chất…

Vật liệu gỗ có khả năng ứng dụng cao bởi hàng loạt các ưu điểm như có

hệ số phẩm chất cao, mềm, dễ gia công, có màu sắc, vân thớ đẹp, dễ trang sức, Nhưng bên cạnh đó, gỗ cũng tồn tại nhiều nhược điểm như dễ bị sâu, nấm phá hoại; dễ cháy do gỗ được cấu tạo từ các nguyên tố có khả năng cháy như Cacbon, Hydro, Oxy Ngoài ra, gỗ còn có khả năng hút và nhả ẩm khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài gây ra co rút, dãn nở dẫn đến cong vênh nứt nẻ trong quá trình sử dụng

Phát triển rừng trồng mọc nhanh là mục tiêu của công cuộc xây dựng một thế giới xanh Hiện nay, thế giới đã chuyển hướng từ sử dụng gỗ rừng tự nhiên sang gỗ rừng trồng mọc nhanh, nghiên cứu biến tính gỗ rừng trồng đã được các quốc gia trên thế giới chú ý, và là lĩnh vực nghiên cứu được đầu tư rất lớn Việt Nam cũng vậy, Việt Nam là Quốc gia ít rừng, tài nguyên rừng tự nhiên ngày càng cạn kiệt, trong nước đã bắt đầu thực thi công trình bảo hộ tài nguyên rừng tự nhiên, cùng với trồng rừng công nghiệp và phát triển lợi dụng

gỗ với hiệu quả cao, những việc làm này đã mang lại cho nghiên cứu khoa học gỗ và công nghệ chế biến lâm sản những cơ hội và những thách thức mới Hiện nay, tài nguyên rừng trồng của nước ta như: Keo lá tràm, Keo tai tượng, Bạch đàn, Sa mộc… rất phong phú, và đã trở thành các loại gỗ công nghiệp chủ yếu của nước ta Tuy nhiên, gỗ rừng trồng nói chung, gỗ Keo lá tràm nói riêng, do sinh trưởng nhanh, tỉ lệ gỗ tuổi non cao, do đó còn tồn tại các nhược điểm lớn như: tính ổn định kích thước kém; dễ biến màu, dễ mục,

dễ cháy, vv… những nhược điểm này đã mang lại nhiều khó khăn cho việc sản xuất và tiêu thụ của các xí nghiệp sản xuất và làm hạn chế ứng dụng của

Trang 9

2

loại gỗ này Vì thế việc nghiên cứu biến tính đối với gỗ rừng trồng nói chung,

gỗ Keo lá tràm nói riêng đã trở nên ngày càng quan trọng

Theo một số báo cáo mới đây của Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy

và Cứu nạn, cứu hộ Việt Nam, năm 2010, cả nước đã xảy ra 2.231 vụ cháy; trong đó có 1.843 vụ xảy ra ở các cơ sở, nhà dân và 388 vụ cháy rừng; đã làm chết 60 người, bị thương 180 người, thiệt hại về tài sản trị giá 617 tỷ đồng và 2.543 ha rừng, có trên 21% các vụ hoả hoạn do các loại vật liệu có nguồn xenlulo, giấy, gỗ Vì vậy, việc áp dụng công nghệ biến tính chậm cháy cho các loại gỗ sử dụng trong sản xuất đồ mộc, trang trí nội ngoại thất là vô cùng quan trọng và có vai trò rất lớn trong việc hạn chế nguồn gây cháy Tuy nhiên, các loại hóa chất xử lý chậm cháy thông thường do có khả năng hút ẩm lớn, hơn nữa sau khi được đưa vào gỗ có thể làm thay đổi các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ, dẫn đến một số tính chất cơ học, vật lý của gỗ bị giảm xuống, trong đó có tính ổn định kích thước của gỗ Do đó việc nghiên cứu công nghệ xử lý ổn định kích thước cho các loại gỗ đã qua xử lý chậm cháy là

vô cùng cần thiết

Ngoài ra, trên thực tế, quy trình công nghệ xử lý chậm cháy cho gỗ thường gồm các bước công nghệ “Từ phôi gỗ nguyên liệu  Xử lý bằng hóa chất chậm cháy  Sấy  Gia công tạo sản phẩm”, từ quy trình này có thể thấy hầu hết các loại phôi nguyên liệu sau khi được xử lý bằng hóa chất chậm cháy đều phải qua công đoạn sấy, nhưng nếu chỉ là sấy thông thường thì sẽ ít

có tác dụng nâng cao khả năng ổn định kích thước của gỗ Do đó việc tìm ra giải pháp hợp lý nhằm nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ đã qua xử lý chậm cháy là rất cần thiết

Có rất nhiều nghiên cứu về nâng cao tính ổn định kích thước gỗ, trong đó chủ yếu sử dụng hóa chất để tiến hành xử lý Tuy nhiên, những năm gần đây

do chất lượng cuộc sống ngày càng cao, việc sử dụng hóa chất để xử lý biến

Trang 10

3

tính gỗ đang dần dần làm hạn chế phạm vi sử dụng gỗ Trong các công nghệ

xử lý hiện nay, thị trường của sản phẩm gỗ từ công nghệ xử lý không sử dụng hóa chất ngày càng được mở rộng Trong đó, gỗ xử lý nhiệt hay gỗ biến tính nhiệt đã được chú ý đến, các nghiên cứu về biến tính nhiệt cho gỗ cũng đã có những tiến triển nhất định

Công nghệ xử lý nhiệt hay biến tính nhiệt là công nghệ xử lý gỗ ở nhiệt

độ trong khoảng 160-260 oC, trong môi trường có vật chất bảo vệ như hơi nước, khí trơ, không khí ít ôxy…, là công nghệ bảo quản gỗ thân thiện với môi trường, thông qua biến tính nhiệt có thể cải thiện được tính ổn định kích thước, tính bền và màu sắc gỗ, sản phẩm gỗ thu được sau khi xử lý được gọi

là “gỗ biến tính nhiệt” hoặc “gỗ Carbon hóa” Gỗ biến tính nhiệt có các đặc

điểm như: Màu sắc đẹp và ổn định, tính ổn định kích thước cao, khả năng chống vi sinh vật tốt, an toàn với môi trường, dễ lưu trữ Tuy nhiên, một số tính chất của gỗ như: cường độ gỗ và khả năng dán dính sau khi xử lý biến tính sẽ bị thay đổi nếu công nghệ xử lý không hợp lý

Qua những phân tích trên cho thấy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ biến tính nhiệt để tiến hành xử lý ổn định kích thước cho gỗ Keo lá tràm đã quả xử lý chậm cháy là rất cần thiết, và có ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất cũng như trong mục tiêu bảo vệ môi trường

Chính vì vậy, được sự nhất trí của trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa Đào tạo Sau đại học và dưới sự hướng dẫn của TS.Vũ Mạnh Tường, tôi tiến

hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa việc xử lý ổn định kích thước đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ Keo lá tràm

(Acacia auriculiformis) đã xử lý chậm cháy”

Trang 11

4

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.1.1 Các nghiên cứu về xử lý ổn định kích thước

Nhược điểm lớn nhất của gỗ chính là khả năng co rút dãn nở, đó là nguyên nhân gây ra nhiều loại hình khuyết tật gỗ Để khắc phục nhược điểm này, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giải pháp trong đó biến tính gỗ là một trong những giải pháp có thể nâng cao được tính ổn định kích thước của gỗ Các công trình nghiên cứu biến tính gỗ đã được thực hiện từ khá lâu Sản phẩm gỗ biến tính có nhiều tính chất được cải thiện so với gỗ nguyên

Biến tính gỗ với Melamine Formaldehyde có thể nâng cao khả năng chịu nước, chịu ẩm và tính ổn định kích thước, cường độ cơ học của gỗ cũng được cải thiện đáng kể Gỗ Sugi biến tính với dung dịch Melamine Formaldehyde có khối lượng phân tử thấp, với hàm lượng rắn 25% đã đạt đến

độ trương nở vách tế bào (BE) 5% và độ ổn định kích thước (ASE) 42%, những trị số này không bị giảm qua các chu kỳ sấy khô, ngâm nước của mẫu

gỗ biến tính; đồng thời cường độ uốn tĩnh (MOR) và mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) của gỗ biến tính cũng tăng lần lượt 18% và 10% so với gỗ đối chứng [15]

Ngoài ra, gỗ biến tính với Melamine Formaldehyde có khả năng làm giảm sự phá huỷ bởi các loại nấm mục và nấm biến màu, cũng như tăng khả năng chống chịu các điều kiện môi trường [16] Gỗ European larch được ngâm tẩm với dung dịch Melamine Formaldehyde có hàm lượng khô thấp (7,5%) cũng thu được hiệu quả chống nấm mục nâu và nấm mục trắng đáng

kể [17]

Biến tính gỗ bằng phương pháp Axetyl hoá, Axetyl hoá là quá trình gỗ chịu tác động của dung dịch Anhydrit Axetic, khi đó phần lớn các nhóm

Trang 12

5

hydroxyl (-OH) của các thành phần tạo nên vách tế bào (Xenlulo, Hemixelulo, Lignin) được thay thế bởi nhóm Axetyl có tính kỵ nước (Hydrophobic) CH3COO- [3]

Tại Thụy Điển đã tiến hành nghiên cứu thành công công nghệ Axetyl hoá sợi gỗ để sản xuất ván sợi có tính chống ẩm và nấm mốc Năng suất khoảng 4000 tấn sợi gỗ được Axetyl hoá trong một năm Đây là kết quả nghiên cứu của nhiều viện nghiên cứu, trường Đại học nghiên cứu về biến tính gỗ: Chalmers University ở Goteborg, Sweden và USA, Phòng thí nghiệm Lâm sản ở Madison, Wisconsin (Rowell và cộng sự, 1986) hợp tác với British Petroleum ở Hull, UK [2]

Stamm, Seborg (1955) và Stamm (1964) đã thành công khi cho thực hiện phản ứng giữa nhóm Hydroxyl với Anydric axetic và Pyridin ở dạng khí Pyridin hoạt động như một chất gây trương nở tế bào và là chất xúc tác cho phản ứng tạo este Hệ số chống dãn nở có thể đạt đến 80% với độ Axetyl hoá khoảng 25% Tarkow (1950) và Goldstein (1961) đã tiến hành quá trình Axetyl hoá ở dạng khí và dung dịch lỏng cho gỗ xẻ từ gỗ Vân sam có kích thước 5 x12 x120 cm trong thời gian từ 8-16 h, mức độ axetyl hoá đạt 20-22%

và hệ số chống dãn nở đạt đến 80%

M V Grinberg, D V Okonov (Látvia) đã nghiên cứu ổn định kích thước gỗ Bạch dương bằng Anhyđrit axetic kết hợp với xử lý nhiệt Kết quả cho thấy độ dãn dài của gỗ Bạch dương sau khi được xử lý ở nhiệt độ 170oC trong 6 giờ và Axetyl hoá trong 6 giờ giảm 3,3 lần so với gỗ không xử lý Biến tính gỗ bằng phương pháp xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao có thể làm giảm đáng kể tính hút ẩm của gỗ, nguyên nhân chính là có sự thuỷ phân phần

ưa nước nhất của gỗ Hemixelulo, làm giảm số lượng nhóm -OH có trong gỗ dẫn đến tính hút ẩm của gỗ giảm Theo F Kolmal và A Sneider tính hút ẩm của gỗ giảm đi khi nhiệt độ làm nóng gỗ 70oC và lớn hơn Hiệu quả ổn định

Trang 13

6

lớn nhất khi làm nóng gỗ ở 180oC và cao hơn trong 24 giờ Tính hút ẩm của

gỗ được xử lý nhiệt có thể giảm 2 lần Phương pháp này chỉ áp dụng với mẫu

gỗ mỏng, với gỗ có chiều dày lớn nó ít được áp dụng do tác động của nhiệt độ cao trong thời gian dài làm giảm cường độ cơ học của gỗ Trong công nghệ chế biến gỗ xử lý nhiệt được áp dụng cho sản xuất ván dăm, ván sợi chịu nước Hiện nay, xu hướng này cũng đang được phát triển mạnh ở châu Âu, đặc biệt là ở Phần Lan, Pháp [2], [24]

Burmester và một số tác giả phát hiện: nguyên nhân chủ yếu nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ You là sau khi gia nhiệt hàm lượng Hemixelulo giảm xuống do xảy ra phản ứng thuỷ phân Với các loại gỗ khác qua gia nhiệt xử lý thì hàm lượng Hemixelulo trong gỗ giảm xuống, tính hút

ẩm và trương nở so với gỗ You càng thấp [4]

Chow người Trung Quốc đã đem xử lý nhiệt ván mỏng gỗ Bạch vân sam trong môi trường không khí, khi bề mặt có sự thay đổi màu sắc đồng thời phát hiện số lượng gốc -OH giảm đi, Xenlulo phát sinh phân giải, độ kết tinh giảm Theo Hiroshi Jnno (1993), kết quả sự tăng nhiệt độ sấy gỗ làm giảm tính hút nước của các Polysacharide, độ ổn định kích thước của gỗ tăng lên, song

ở mức độ cao của sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử trong gỗ sẽ làm giảm cường độ gỗ, tính chống thấm, chống nước tăng lên, màu sắc gỗ trở nên tối hơn, tuy nhiên, nếu sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử gỗ là nhỏ và sự tạo thành cấu trúc liên kết là trội hơn thì cơ tính của gỗ sẽ tăng lên [4]

Kết quả nghiên cứu của Hiroshi Jnno (1993), Misatonrimoto và Joeseph Gril cho thấy xử lý gỗ ở 180oC từ 3 giờ đến 10 giờ với áp suất thường làm cho cường độ, và đặc biệt là mô đun đàn hồi của gỗ tăng nhẹ

Theo kết quả nghiên cứu của Sergeeva và Miliutina (1960) cho thấy: Khi

xử lý nhiệt 200 – 260oC cho sợi Xenlulo - Lignin thì độ trương nở và hút nước của sợi giảm đi nhiều do sự biến đổi của Lignin và mối liên kết Lignin -

Trang 14

7

Xenlulo (các phân tử Lignin sẽ bị kết tụ lại dưới tác động của nhiệt độ), đồng thời khi ở nhiệt độ đó làm thành thứ cấp của tế bào bị phân đoạn nhiều, đó là nguyên nhân làm giảm cường độ gỗ khi xử lý nhiệt độ từ 200 – 260oC

Theo P.I issinscôva, dưới tác động của nhiệt độ cao trên 150oC thì thành phần Pentose bị phân huỷ, nhiệt độ càng cao thì sự phân huỷ càng mạnh và như vậy cường độ cơ học của gỗ càng giảm nhiều, dưới tác động của nhiệt độ cao còn xảy ra hiện tượng Lignoxenlulo, nhóm Hydroxyl trở nên kém linh động và ái lực của nó với nước yếu đi làm cho tính hút nước của gỗ giảm đi Kamdem và cộng sự (2002), xử lý nhiệt tăng khả năng chống vi sinh vật của gỗ Kamdem et al cho rằng, việc xử lý nhiệt của gỗ giảm cường độ uốn tĩnh (MOR) khoảng 10 - 50% Nghiên cứu chỉ ra rằng khi nhiệt độ tăng và thời gian xử lý dài thì cường độ uốn tĩnh gỗ Sồi giảm xuống

Militz (2002), xử lý nhiệt cho gỗ nhằm nâng cao các tính chất khác nhau của nó, chẳng hạn như chống thấm nước, ổn định kích thước, hệ số chống trương nở (ASE), chống tia UV

Yildiz et al (2002), nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số chống trương nở (ASE) của gỗ Sồi Chế độ xử lý ở nhiệt độ 180oC với các mức thời gian là 2, 4 và 10 giờ sau đó thực hiện chu kỳ ngâm sấy Kết quả thu được hệ

số ASE đạt khoảng 47,64%

Behbood Mohebby và Ibrahim Sanaei (2005), nghiên cứu ảnh hưởng của

xử lý thuỷ - nhiệt đến tính chất vật lý của gỗ Sồi (Fagus orientalis) Mẫu gỗ

(20x20x20mm) được đặt trong một khoang thép không rỉ, chứa đầy nước Mẫu được xử lý ở nhiệt độ 160oC, 180 oC và 200 oC trong 4, 5 và 6 giờ Mẫu

gỗ đã xử lý được ngâm trong nước 24 giờ, sau đó sấy khô, chu kỳ ngâm/sấy được lặp đi lặp lại 7 lần Kết quả cho thấy ASE, WRE tăng và khối lượng thể tích bị giảm nhẹ [20]

Trang 15

8

P.Rezayati Charani và cộng sự (2007) “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế

độ xử lý thuỷ nhiệt đến sự ổn định kích thước của gỗ sồi” Mẫu gỗ được xử lý

ở nhiệt độ khác nhau (150 oC, 160 oC, 170 oC) và thời gian khác nhau (1 giờ, 3 giờ, 5 giờ và 7 giờ) trong lò Sau đó thực hiện chu kỳ ngâm/ sấy mẫu 8 lần Kết quả hệ số chống trương nở tăng và khối lượng thể tích giảm khi tăng nhiệt độ và thời gian xử lý, ASE cao nhất là 47,43% thu được ở nhiệt độ 170

oC thời gian 1 giờ, nhưng xử lý ở nhiệt độ 170 oC, ASE có xu hướng giảm khi thời gian xử lý tăng Hiệu suất chống hút nước (WRE) của mẫu gỗ được xử lý

ở 160 oC, 170 oC cao hơn nhiều so với 150 oC trong thời gian 1 giờ Trong thời gian 3 giờ, 5 giờ, giá trị WRE ở 150 oC lớn hơn 160 oC và 170 oC Ở 150

oC, 160 oC , 170 oC trong thời gian 1 giờ thì giá trị WRE gần bằng nhau WRE lớn nhất là 22,20% thu được khi xử lý ở nhiệt độ 170 oC trong thời gian 1 giờ [24]

Andreja KUTNAR , Milan ŠERNEK (2008), nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thuỷ - nhiệt làm thay đổi màu sắc gỗ Dưới tác động của nhiệt độ cao và độ ẩm tạo ra sự thay đổi lớn trong cấu trúc gỗ, dẫn đến thay đổi màu sắc gỗ Màu sắc gỗ tối hơn khi xử lý ở nhiệt độ cao hơn và thời gian xử lý lâu hơn Koch, PULS và BAUCH (2003) đã chỉ ra rằng những thay đổi trong cấu trúc Lignin ảnh hưởng đến màu sắc gỗ và có thể thấy được trong quá trình xử

lý trong nước nóng ở nhiệt độ cao hơn 80 oC Hơi nước có thể bắt đầu phân cắt của khu phức hợp Lignin-Polysaccharide bằng việc giải phóng ra các axit hữu cơ từ các Hemixelulo Mặt khác, giả định rằng một số các tương tác của các thành phần gỗ trong tế bào dẫn đến sự hình thành của một liên kết Lignin-Carbohydrate thứ mà cuối cùng gây ra sự bạc màu Do có sự tách biệt của các nhóm Hydroxyl, liên hợp liên kết đôi ở C3 của phân tử Lignin có thể được hình thành Trong quá trình xử lý bằng hơi nước các hợp chất bị hoà tan trong nước, sự mất màu là do quá trình oxy hoá và ngưng tụ Những thay đổi trong

Trang 16

9

cơ cấu Lignin có thể gây ra màu đen sậm và đỏ của gỗ Sồi, trong đó có thể bao gồm các biến thể màu sắc gây ra bởi chất chiết suất của gỗ, phản ứng Lignin gây ra sự đồng nhất màu đỏ của gỗ Sồi trong thời gian xử lý, sự mất màu bất thường trong gỗ Sồi gây ra bởi các phản ứng hóa học của phân bố không đều các hợp chất Phenolic [21]

Inga JUODEIKIENĖ (2009), đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của xử lý thủy

- nhiệt đến cường độ nén và uốn tĩnh của gỗ Thông Các mẫu được xử lý ở 60,

80, 100 và 120 oC với thời gian 24, 48, 72 và 96 giờ Kết quả cường độ uốn tĩnh của gỗ Thông được xử lý nhiệt giảm xuống so với gỗ ban đầu Sau khi làm nóng ở nhiệt độ 60 oC cường độ uốn tĩnh giảm từ 5,13% - 9,0% so với gỗ chưa được xử lý Đối với các mẫu xử lý ở nhiệt độ 80 oC với thời gian khác nhau làm cho cường độ uốn giảm từ 5,88% - 10,03% Sau khi làm nóng ở nhiệt độ 100 oC cường độ uốn tĩnh giảm từ 5,73% - 12,52% và ở nhiệt độ 120

oC cường độ uốn tĩnh giảm từ 11,46% đến 13,73% Cường độ nén vuông góc với thớ gỗ sau khi làm nóng ở 60 oC giảm khoảng 2,2% - 4,7%; ở 80 oC là 4,6% - 12,7 %; ở 100 oC là 6,5% - 8,0% và tại 120 oC giảm từ 2,5% - 10% Sau khi làm nóng ở 60 oC, 80 oC, 100 oC và 120 oC làm tăng cường độ nén dọc thớ gỗ tương ứng 6% -14,5%; 8% - 18,3%; 0,1% - 11,7% và 2% - 7,4% Những kết quả này chỉ ra rằng nhiều thay đổi đáng kể đạt được trong quá trình làm nóng ở nhiệt độ 60 oC và 80 oC với thời gian 96 giờ Sự gia tăng cường độ nén dọc thớ gỗ có thể liên quan đến việc thay đổi kết cấu gỗ Phá hủy hệ thống Hemicenlulose sớm hơn so với Xenlulo và Lignin Sự xuống cấp của Hemixelulo từ những chuỗi dài thành những chuỗi ngắn hơn, có khả năng chịu nén dọc thớ gỗ tốt hơn Song cường độ uốn tĩnh và cường độ nén vuông góc với thớ gỗ giảm [22]

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng xử lý thuỷ nhiệt dẫn đến thay đổi trong thành phần cấu trúc vách tế bào của gỗ Thành phần hoá học của gỗ bị thay

Trang 17

10

đổi nhiều nhất dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao là Hemicellulo Sự phá huỷ của thành phần Hemixelulo gia tăng với sự tăng nhiệt độ và thời gian của quá trình xử lý nhiệt Chỉ một tỷ lệ nhỏ Xenlulo và Lignin bị phá huỷ ở nhiệt độ thấp Sự thay đổi thành phần hoá học của cấu trúc vách tế bào đã đem đến một loạt thay đổi các tính chất của gỗ như: nâng cao khả năng chịu nước, tính

ổn định kích thước và cải thiện độ bền sinh học, màu sắc của gỗ đậm hơn

1.1.2 Các nghiên cứu về xử lý chậm cháy

Gỗ là vật liệu dễ cháy, khả năng cháy tùy thuộc vào từng loại gỗ Đối với

đồ gỗ gia dụng thì tính dễ cháy của gỗ là mối hiểm họa đối với người sử dụng Chính vì vậy xử lý chậm cháy cho gỗ là việc làm cần thiết và cần được quan tâm nghiên cứu

Người Hy Lạp và người Lã Mã từ cách đây hàng nghìn năm đã sử dụng phèn và giấm để ngâm gỗ trước khi đóng tàu thuyền đi biển, năm 83 trước công nguyên, niên giám Claudius còn ghi chép rằng: lô cốt bằng gỗ dùng để bao vây tấn công cảng khẩu Piraeus của Hy Lạp đã được xử lý bằng một dung dịch dạng muối Sunphat kẽm với mục đích nhằm cản trở sự bắt cháy Đây có thể coi là kỹ thuật làm chậm cháy đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử con người

Những nghiên cứu thực sự về chống cháy cho gỗ ở thời hiện đại được ghi nhận từ những năm cuối thế kỷ 16 đến đầu thế kỷ 17, khi các yêu cầu về xây dựng và kiến trúc ở cuối thời kỳ Phục Hưng tại Châu Âu trở nên phức tạp

và đòi hỏi yêu cầu cao hơn thời kỳ trước Năm 1683, Nikolas Sabbattini sau các nghiên cứu độc lập về chống cháy đã đưa ra khuyến nghị nên dùng các loại chất phủ có pha trộn đất sét hoặc đá vôi để xử lý cho kết cấu gỗ khi xây dựng các công trình rạp hát nổi tiếng tại Italia Năm 1735, Jonathan Wild đề xuất sử dụng phèn để xử lý chống cháy cho các kết cấu gỗ xây dựng tại Anh

Trang 18

11

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

đã chủ trương dùng Ammonium Phosphate và Borax để xử lý chống cháy cho

gỗ hoặc các vật liệu khác có nguồn gốc từ Xenlulo [23] Bryan là người đầu tiên được cấp bằng sáng chế về phương pháp tẩm chân không áp lực (1831) Phương pháp này còn gọi là phương pháp tế bào đầy, nó mang lại hiệu quả cao trong việc ngâm tẩm gỗ với thời gian ngắn Chín năm sau, Bunet (1839) cũng dùng phương pháp này khi xử lý chống cháy cho gỗ bằng dung dịch ZnCl2 [1],[23]

Đối với việc xây dựng nền tảng lý thuyết về quá trình cháy và cơ chế chống cháy cho gỗ, trong khoảng từ năm 1800 – 1930 các nhà khoa học mặc

dù có nhiều cách lý giải khác nhau, nhưng nhìn chung đã có được sự thống nhất cơ bản qua các thuyết như: thuyết lớp phủ, thuyết nhiệt, thuyết khí và thuyết hóa học [23], tuy nhiên, các giải thích về cơ chế chống cháy mới chỉ dừng lại ở một đến hai hướng và chỉ đúng cho một vài vật liệu Phải từ những năm 1970, các cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ mới dần được hoàn thiện

Đối với các sản phẩm ván nhân tạo, do ra đời muộn hơn nên phải đến những năm 1907 người ta mới chủ trương cho MgO, MgCl2, MgBr2 vào trong các loại ván tương tự như ván Amiăng Do có thành phần Halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và ngay lập tức được các nhà sản xuất chấp nhận[1] Tại các nước thuộc Liên Xô cũ, theo tài liệu tìm hiểu được, trong những năm 1970 đến 1980, các nhà khoa học đã tạo ra chất chống cháy dạng acid Phosphoric đa tụ Chất này được tạo ra do các phản ứng của Urê, Mêlamin với axít Phốtphoríc (H3PO4) Chất chống cháy này được sử dụng nhiều để xử

Trang 19

12

lý các loại vải chống cháy, sử dụng trong ván dăm, ván sợi Từ những năm

1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống cháy có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1 được tạo ra Nó là một hợp chất dạng bột màu trắng, có khả năng chống cháy tốt, khả năng tan trong nước 0,1 – 6%

Vào những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại keo kí hiệu U.D.PF, MDPF, H3PO4.PFAC, H3BO3MFAC, H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy rất tốt Các hợp chất chống cháy có chứa phốt pho dạng này đang được ưa chuộng và sử dụng nhiều trong sản xuất ván dăm, ván sợi chậm cháy [1] Thời gian gần đây, một số nhà khoa học như Qingwen Wang, Jian Li (2005) đã thực hiện nghiên cứu về cơ chế hoạt động của hỗn hợp chất chống cháy giữa axít Boric và GUP (Guyanyl Ure Phosphate) Đây được coi

là một chất chống cháy mới, được xếp vào hệ N – P – B vì kết hợp được tính chất nổi trội của các hóa chất gốc đồng thời hạn chế được các nhược điểm vốn

có của hóa chất hệ P–N, hoặc B–B nếu dùng riêng rẽ

Từ việc nghiên cứu và sử dụng các chất chống cháy, người ta đã phân loại chúng thành các nhóm sau:

* Các chất chống cháy vô cơ

+ Chất chống cháy hệ P-N: gồm có các muối amôn (NH4+), NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 , (NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2HSO4, (NH4)2B4O7, NH4Br,

+ Muối Bazơ: gồm các chất như Na2CO3, CaCO3, MgCl2, CaCl2,

Trang 20

13

* Các chất chống cháy hữu cơ

Gồm có Cloparafin (sản phẩm chứa Clo của các hydrocacbon có 10 – 30 nguyên tử cácbon); Tetrametynolfoclorua (HOCH2)4PCl (sản phẩm của PH3, Formaldehyde và NH4CL); tri(- cloetyl) – Photphat [(ClCH2CH2O)3P – O]; Focfazen (là các chất có các liên kết hoặc thẳng với các nhóm P – N; các chất phosphate hữu cơ được tạo ra khi cho Urê, Mêlamin, Dixiandiamide phản ứng với axít Photphoric,

Các chất photphat được tạo ra khi cho Urê đa tụ với các axít Photphoric được dùng rất nhiều trong sản xuất ván dăm, ván sợi Tuy nhiên, các axít Polyphotphoric có các liên kết trong chuỗi –PO3-O-PO2 Đây là các axít mạnh hơn axít Photphoric Sản phẩm tạo ra từ urê và các axít Polyphotphoric có khả năng chống cháy tốt nhưng khả năng hòa tan trong nước rất kém, vì vậy ngày nay axít phosphoric (H3PO4) được dùng nhiều hơn các axít Polyphotphoric để tạo chất chống cháy

+ Nhóm Hydroxit kim loại: gồm có Al(OH)3, Zn(OH)2, Fe2(OH)3, là những chất phụ gia rất tốt với chất chống cháy gốc Aminô

Trang 21

+ (NH4)2SO4: chất phụ gia chống cháy rất tốt của nhóm P – N

+ Các chất phụ gia dạng khoáng chất (xi măng, thạch cao ): có tác dụng giảm lượng các chất bay hơi và giảm nhiệt cháy

Hiện nay trên thế giới, có một số hướng nghiên cứu mới về chất chậm cháy cho gỗ như: sử dụng công nghệ nano đưa hóa chất chậm cháy vào sâu trong thành vách tế bào gỗ (được sử dụng điển hình là phân tử nano kẽm Borat) hoặc người ta cũng đang nghiên cứu sử dụng hóa chất dạng đa tụ giữa keo dán gỗ và các hợp chất chống cháy để không những có khả năng làm chậm cháy cho gỗ mà còn giúp cải thiện tính ổn định kích thước và hạn chế ảnh hưởng đến độ bền cơ học của gỗ Các tài liệu về những nghiên cứu trên

vì nhiều lý do mà chưa được công bố rộng rãi, do đó trong thời gian trước mắt những chất chống cháy được liệt kê ở trên vẫn là những đối tượng nên được quan tâm ứng dụng vào tình hình thực tiễn của nước ta

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.2.1 Các nghiên cứu về ổn định kích thước

Trong những năm gần đây, công nghệ biến tính gỗ theo các xu hướng khác nhau như nâng cao khối lượng thể tích, tính chất cơ lý, ổn định kích thước gỗ đã được nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu Đặc biệt các công trình nghiên cứu của khoa Chế biến Lâm sản – Trường Đại học Lâm nghiệp

1 Vũ Huy Đại (2008), “Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý ván phủ mặt từ gỗ Keo lai bằng DMDHEU (akrofix)” Kết quả nghiên cứu đã cho thấy

Trang 22

15

sau khi được xử lý bằng DMDHEU với chất xúc tác là MgCl2 ở nhiệt độ

130oC các tính chất vật lý và hầu hết các tính chất cơ học của ván mỏng gỗ Keo lai xử lý đều được cải thiện

2 Nguyễn Thị Thu Hà (2004), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm nhựa Polyurethane (P – U) đến chất lượng gỗ biến tính” Sau khi tiến hành xử lý gỗ Keo lá tràm bằng P – U với các cấp nồng độ 3 – 5 – 7 – 9 – 11% và thời gian từ 1 – 5 ngày thì làm tăng khối lượng thể tích, chống được nấm mốc xâm nhập, hạn chế co rút dãn nở…

3 Nguyễn Thị Thanh Hải (2005), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm Urea đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính” Kết quả thu được tỷ lệ co rút và dãn nở của gỗ xử lý bằng Urea sau khi qua nén ép giảm, tính chất cơ học tăng, khối lượng thể tích tăng, độ bám dính màng phủ

P – U lên bề mặt tốt hơn…

4 Tạ Thị Phương Hoa (2004), “Nâng cao tính ổn định kích thước gỗ Keo lá tràm bằng phương pháp axetyl hóa” Hầu hết các tính chất cơ học được nâng lên cụ thể là: độ bền ép dọc tăng từ 4,94% đến 16,22%; độ bền ép ngang thớ tiếp tuyến tăng từ 2,55% đến 26,77%, độ cứng tĩnh tăng 7% đến 22,05%

5 Nguyễn Tất Thắng (2004), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian tẩm U – F (Ure – Formaldehyde) đến chất lượng gỗ biến tính” Thời gian xử lý từ 1 – 5 ngày, nồng độ U – F từ 10 – 30% Kết quả làm cho khả năng co rút của gỗ giảm Còn tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến, khối lượng thể tích, ứng suốt ép dọc thớ và ứng suất uốn tĩnh có xu hướng tăng lên khi nồng độ nằm trong khoảng 10 – 25% Nhưng khi nồng độ tăng từ 25 – 30% thì các tính chất trên giảm xuống

6 Vũ Văn Toản (2005), “Nghiên cứu khả năng biến tính tăng cường độ cứng cho gỗ Cao su làm nguyên liệu sản xuất ván sàn” Sau khi tiến hành xử

Trang 23

8 Lê Ngọc Phước (2010), “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm tẩm hóa chất đến tính chất của gỗ biến tính bằng DMDHEU dùng để phủ mặt ván sàn gỗ công nghiệp” Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian ngâm tẩm hóa chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của ván sàn Độ mài mòn, độ bong tách màng keo và độ võng do uốn của ván xử lý đều giảm so với ván không

xử lý Khối lượng thể tích của ván sàn thay đổi không đáng kể qua các chế độ

xử lý

1.2.2 Các nghiên cứu về xứ lý chậm cháy

Đi sau thế giới một bước về việc nghiên cứu biến tính cho gỗ nói chung

và xử lý chậm cháy cho gỗ nói riêng Nhưng những năm gần đây trường Đại học Lâm Nghiệp đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về phòng chống cháy cho gỗ như các nghiên cứu của PGS TS Hoàng Thúc Đệ, TS Nguyễn Cảnh Mão trong quá trình sấy gỗ và hóa lâm sản Điều đáng chú ý nhất, trong những năm (1995-2011) đã có một số công trình nghiên xử lý chậm cháy cho ván dăm và gỗ như sau:

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

Chế phẩm 1: H3BO3 50%

Na2B4O7.10H2O 50%

Trang 24

Cũng trong năm 2001, tác giả Trần Văn Chứ đã bảo vệ thành công luận

án tiến sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy”, đây là một công trình nghiên cứu đầu tiên của Việt Nam về chống cháy cho ván dăm

2 Trần Quang Khải (2001), Đánh giá sự ảnh hưởng của các tỷ lệ chất chống cháy đến chỉ tiêu chất lượng trang sức và tính chất vật lý cơ học của ván dăm khi sơn P-U lên bề mặt ván dăm chậm cháy từ H3BO3 và

5 Nguyễn Thị Hương Giang (2004), Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng

độ, thời gian tẩm hóa chất B-B đến độ bền và khả năng chống cháy của ván LVL

6 Đỗ Vũ Thắng (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý hóa chất chậm cháy MAP (Mono Ammonium Phosphate) tới một

số tính chất của gỗ Bạch đàn (Eucalyptus urophylla)”

Trang 25

18

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu

2.1.1 Mục tiêu tổng quát

- Nâng cao chất lượng gỗ Keo lá tràm;

- Làm cơ sở đề xuất quy trình công nghệ xử lý ổn định kích thước gỗ Keo lá tràm đã xử lý chậm cháy

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định được mối quan hệ giữa một số yếu tố của quá trình xử lý ổn định kích thước đến chất lượng gỗ Keo lá tràm đã qua xử lý chậm cháy

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Gỗ Keo lá tràm đã qua xử lý chậm cháy;

- Mối quan hệ của việc xử lý ổn định kích thước đến một số tính chất vật

lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) đã qua xử lý chậm

cháy

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

+ Các yếu tố cố định:

- Loại gỗ: gỗ Keo lá tràm 9-10 tuổi;

- Kích thước mẫu dùng cho nghiên cứu thực nghiệm: 23x75x300 (mm);

- Độ ẩm gỗ khi xử lý chậm cháy: 12-15%;

- Loại hóa chất sử dụng: Mono Ammonium Phosphate 98% (MAP)

- Phương pháp đưa hóa chất vào gỗ: Phương pháp ngâm thường;

- Thời gian ngâm gỗ trong hóa chất: 72 giờ;

- Phương pháp xử lý ổn định kích thước: Phương pháp biến tính nhiệt độ cao trong môi trường không khí;

Trang 26

19

- Quy trình xử lý nhiệt: đề tài lựa chọn quy trình biến tính nhiệt với 3 giai đoạn gồm giai đoạn làm nóng và sấy gỗ, giai đoạn duy trì nhiệt độ biến tính và giai đoạn làm nguội tự nhiên trong môi trường xử lý;

- Thời gian và nhiệt độ trong giai đoạn sấy: căn cứ vào một số công trình nghiên cứu nước ngoài đề tài lựa chọn nhiệt độ trong giai đoạn sấy là 110oC

và thời gian duy trì nhiệt độ là 6 giờ;

- Nhiệt độ trong giai đoạn biến tính: tham khảo các tài liệu liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu, và căn cứ vào nhiệt độ nóng chảy của hóa chất xử lý chậm cháy (nhiệt độ nóng chảy của MAP là 190oC), để tài lựa chọn nhiệt độ

2.3 Nô ̣i dung nghiên cứu

(1) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ xử lý ổn định kích thước

gỗ bằng phương pháp biến tính nhiệt;

(2) Nghiên cứu sự thay đổi của nhiệt độ môi trường xử lý trong giai đoạn làm nóng và sấy gỗ;

(3) Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt đến tính hút nước và khả năng ổn định kích thước của gỗ;

Trang 27

2.4.2.1 Phương pháp xử lý chậm cháy cho gỗ Keo lá tràm

Do mục tiêu chủ yếu của đề tài là nghiên cứu mối quan hệ giữa việc xử

lý ổn định kích thước đến tính chất gỗ Keo lá tràm sau khi đã xử lý chậm cháy, nên đề tài không xem xét nhiều đến công nghệ biến tính chậm cháy, mà chỉ chủ yếu tập trung vào chế độ xử lý ổn định kích thước, hơn nữa điều kiện thiết bị tẩm hóa chất không cho phép, do đó đề tài đã chọn phương pháp ngâm thường trong thời gian 72 giờ để xử lý chậm cháy cho gỗ Keo lá tràm bằng hóa chất MAP

Thiết bị sử dụng: Dụng cụ đong, đo và pha hóa chất; Bể ngâm có nắp đậy

2.4.2.2 Phương pháp xử lý ổn định kích thước

Đề tài áp dụng phương pháp biến tính nhiệt độ cao trong môi trường không khí áp suất thường để xử lý gỗ Keo lá tràm đã qua xử lý biến tính chậm cháy bằng hóa chất MAP

Sơ đồ công nghệ xử lý biến tính nhiệt độ cao cho gỗ Keo lá tràm đã qua

xử lý chậm cháy như sau:

Trang 28

21

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ biến tính nhiệt độ cao cho gỗ Keo lá tràm đã qua xử lý chậm cháy

Với sơ đồ công nghệ như trên, các thông số chế độ xử lý như sau:

(1) Giai làm nóng: tốc độ tăng nhiệt cố định sao cho chênh lệch giữa nhiệt độ gỗ và nhiệt độ môi trường xử lý không quá 30 oC để hạn chế khuyết tật xảy ra trong quá trình xử lý;

(2) Giai đoạn sấy: nhiệt độ lựa chọn cho giai đoạn này là 110 oC, và được duy trì trong thời gian 6 giờ;

(3) Giai đoạn biến tính: nhiệt độ lựa chọn cho giai đoạn này là 180 oC (tham khảo tài liệu liên quan và xem xét đến nhiệt độ nóng chảy của MAP là

190 oC); thời gian của giai đoạn này được lựa chọn theo 3 mức là 2 giờ, 4 giờ

Trang 29

22

trong môi trường xử lý đến khi có nhiệt độ tương đương với môi trường bên ngoài mới có thể lấy mẫu ra để thực hiện các bước thí nghiệm tiếp theo

Thiết bị xử lý nhiệt: Thiết bị của Trung tâm thí nghiệm Khoa Chế biến

gỗ - Trường Đại học Lâm nghiệp Thông số kỹ thuật của máy như sau:

Nhiệt độ gia nhiệt Max: 230 oC

Bộ phận gia nhiệt bằng điện: 3 chiếc

Đường kính trong khoang chứa: 600 mm

Trang 30

23

Hình 2.2 Thiết bị xử lý nhiệt

2.4.2.3 Phương pháp xác định các tính chất vật lý, cơ học và công nghệ của

gỗ trước và sau khi xử lý

(1) Khối lượng thể tích

- Tiêu chuẩn kiểm tra: ISO 3131-1975

- Kích thước mẫu: 20 х 20 х 30 mm

- Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ

- Dụng cụ kiểm tra: Cân điện tử độ chính xác ± 0,01g, thước kẹp độ chính xác 0,01mm, tủ sấy nhiệt độ tối đa 300 oC có độ chính xác ± 0,1 oC (2) Hệ số chống trương nở (ASE)

- Phương pháp kiểm tra: theo tài liệu số [27], [28];

Hệ số chống trương nở được tính toán dựa trên cơ sở sự thay đổi kích thước của mẫu đối chứng và mẫu xử lý nhiệt sau 8 ngày ngâm nước

Hệ số chống trương nở ASE được xác định theo công thức sau:

ASE (%) = [(S o - S ht )/S o] x 100

Trang 31

24

Trong đó: So và Sht lần lượt là tỉ lệ trương nở của gỗ trước và sau khi xử

lý nhiệt Tỉ lệ trương nở (S) của mẫu gỗ sau 8 ngày ngâm nước được tính theo công thức:

S (%) = [(V w - V o )/V o] x 100 Trong đó: Vw và Vo lần lượt là thể tích của gỗ sau khi ngâm nước và thể tích của gỗ được sấy khô kiệt ở nhiệt độ 103±2 oC

(3) Hiệu suất chống hút nước của gỗ (WRE)

- Phương pháp kiểm tra: theo tài liệu số [28], [29];

Mẫu gỗ đối chứng và mẫu gỗ xử lý được sấy đến khô kiệt, sau đó ngâm trong nước trong thời gian 8 ngày Trong quá trình ngâm sẽ xác định tỉ lệ hút nước của mẫu sau khi ngâm tại các thời điểm: 6 giờ, 1 ngày, 2 ngày, 4 ngày

và 8 ngày Hiệu suất chống hút nước được xác định theo công thức [28], [29]:

WRE (%) = [(WAht-Wđc)/Wđc]x 100 Trong đó: WAht và WAđc lần lượt là tỉ lệ hút nước của mẫu gỗ xử lý và mẫu gỗ đối chứng Tỉ lệ hút nước (WA) được xác định theo công thức:

WA (%) = [(W2-W1)/W1]x 100 Trong đó: W2 và W1 lần lượt là khối lượng của mẫu gỗ sau khi ngâm vào mẫu gỗ được sấy khô kiệt ở nhiệt độ 103±2 oC

(4) Độ bền uốn tĩnh

- Tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 8048-3:2009

- Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp độ chính xác 0,01mm, máy thử tính chất

cơ lý MTS

- Công thức xác định:

Trang 32

25

2 max 2

3 R

h b

l P MO

Trong đó: Pmax – lực phá hủy, N

l – khoảng cách giữa 2 gối ,mm

b, h – chiều rộng, chiều cao mẫu, mm (5) Độ bền nén dọc thớ

- Tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 8048-5:2009

- Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp có độ chính xác 0,01 mm và máy thử MTS

- Công thức xác định:

t b

P

max

Trong đó: Pmax – lực phá hủy, N

b, t – kích thước tiết diện ngang của mẫu, mm (6) Độ bền kéo trượt màng keo

- Tiêu chuẩn kiểm tra: ISO 12579-2007

- Dung lượng mẫu: 10mẫu/chế độ

- Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp có độ chính xác 0,01 mm và máy thử MTS

Trang 33

26

Máy thử tính chất cơ lý MTS: Máy có thể thử được độ bền uốn tĩnh, kéo trượt màng keo, nén dọc thớ, ngang thớ…

Hình 2.3 Hình ảnh tiến hành thử độ bền uốn tĩnh

Hình 2.4 Hình ảnh tiến hành thử độ bền kéo trượt màng keo

(7) Khả năng chậm cháy của gỗ

- Tiêu chuẩn áp dụng: ГОСТ 16363-98: Quy chuẩn Quốc gia - Các chất bảo vệ chống cháy đối với gỗ - Phương pháp xác định hiệu lực chống cháy

Trang 34

27

Độ hao tổn khối lượng mẫu khi cháy gián tiếp cho thấy khả năng cháy

của vật liệu gỗ, hao tổn khối lượng mẫu thử (m) được xác định theo công thức sau:

m (%) = [(m1 m2)/m1] x 100 trong đó: m1 – Khối lượng ban đầu của mẫu thử (g)

m2 - Khối lượng mẫu thử sau khi đốt (g)

Kết quả thử nghiệm theo hao tổn khối lượng mẫu thử sai lệch so với giá trị trung bình vượt quá 5% nên bỏ đi và lặp lại thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm là giá trị trung bình mtb của ít nhất 10 lần thử nghiệm, làm tròn đến 1%

Theo giá trị mt/b, gỗ sau khi xử lý bằng hoá chất chống cháy theo bề mặt hoặc chiều sâu được phân thành 3 nhóm:

- Nhóm I: khó cháy, khi hao tổn khối lượng mẫu thử mtb 9%;

- Nhóm II: khó bốc cháy, khi hao tổn khối lượng mẫu thử 9% < mtb

Trang 35

28

1- ống đốt bằng sứ; 2- giá đỡ bằng kim loại; 3- vòi đốt; 4- thiết bị đo nhiệt độ; 5- giá đỡ mẫu thử; 6- mẫu thử; 7- nón chụp; 8-dây dẫn tín hiệu

bộ biến đổi nhiệt điện trở với các điện cực có đường kính không quá 0,8mm; 10- lưu lượng kế; 11- van điều chỉnh

Hình 2.5 Thiết bị xác định hiệu quả bảo vệ chống cháy đối với vật liệu gỗ

sau khi được xử lý bằng hoá chất chống cháy

2.4.3 Phương pháp thống kê toán học

Đề tài sử dụng phần mềm Excel 2010 để xử lý số liệu, và tính các đặc trưng mẫu theo phương pháp thống kê toán học, và vẽ đồ thị bằng phần mềm OriginPro 8.0

2.5 Ý nghĩa của luận văn

2.5.1 Ý nghĩa khoa học

Bước đầu nghiên cứu và xác lập cơ sở khoa học của quá trình biến tính

gỗ bằng nhiệt độ cao, sự ảnh hưởng của thời gian xử lý đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ sau khi đã xử lý chậm cháy

Trang 36

29

2.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả luận văn là cơ sở cho việc lựa chọn chế độ xử lý nhiệt hợp lý để nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ Keo lá tràm sau khi đã qua xử lý chậm cháy

Theo cách tiếp cận của đề tài, công đoạn sấy trong quy trình xử lý chậm cháy cho gỗ có thể được thay thế bằng công nghệ xử lý nhiệt độ cao Quy trình này sẽ góp phần nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ, hơn nữa nếu

áp dụng công nghệ xử lý hợp lý còn có thể giảm được chi phí trong quá trình sản xuất gỗ biến tính chậm cháy

Trang 37

30

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Thành phần hóa học của gỗ

Gỗ là sản phẩm có nguồn gố c thực vâ ̣t, là mô ̣t tổ hơ ̣p đa thành phần về

mặt cấu trúc giải phẫu, cũng như về phương diê ̣n hóa ho ̣c Chất gỗ được hiểu

là tâ ̣p hơ ̣p các chất ta ̣o nên thành tế bào gỗ

Thành phần hóa ho ̣c của gỗ phu ̣ thuô ̣c vào nguồ n gố c sinh ho ̣c của chất

gỗ, được biểu thi ̣ qua sơ đồ Hình 3.1

Hi ̀nh 3.1 Thành phần hóa ho ̣c của gỗ

99% gỗ cấu tạo từ các chất hữu cơ Các chất khoáng của gỗ chỉ bao gồm

một phần rất nhỏ – dưới 1% Khi đốt và nung ở nhiê ̣t đô ̣ cao (600-800 oC) cố t

C¸c chÊt h÷u c¬

C¸c thµnh phÇn cÊu tróc

C¸c chÊt chiÕt suÊt

chñ yÕu lµ c¸c chÊt VPT, chiÕm 3-5 %

C¸c chÊt tan trong dung m«i h÷u c¬

C¸c chÊt tan trong n-íc

C¸c chÊt CPT

Poyuronit

Polysacarit tan trong n-íc

C¸c chÊt pectin

CPT- cao phân t ử, VPT – phân tử lượng thấp

C¸c chÊt VPT

Trang 38

Ca ́ c chất hữu cơ chủ yếu bao gồm các chất cao phân tử (polyme) và một

phần nhỏ các chất phân tử lươ ̣ng thấp Các thành phần cấu thành các chất ta ̣o nên vách tế bào, chỉ bao gồm các chất cao phân tử

Ca ́ c chất chiết suất là các chất có thể tách từ gỗ bằng các dung môi trung

tính, cực tính và vô cực Các chất chiết suất không chứa trong thành phần của

vách tế bào, mà chỉ có mă ̣t tại các khoảng giữa các tế bào và các đường dẫn nhựa của các loài cây lá kim, song đôi khi chúng có thể thấm qua vách tế bào

Mặc dù hàm lượng các chất chiết suất trong gỗ rất nhỏ (3-4%) , song thành phần của chúng vô cùng phong phú Theo phương pháp trích ly, các chất chiết suất được chia làm 03 nhóm: các chất bay hơi, còn go ̣i là dầu thơm (bay hơi cùng với nước); các chất tan trong dung môi hữu cơ, còn gọi là các chất nhựa;

và các chất tan trong nước Các chất chiết suất là các chất có phân tử lươ ̣ng thấp, ngoại trừ các axít bậc cao và các Polysacarit hòa tan trong nước

Các thành phần cấu trúc nên tế bào gỗ bao gồ m Gluxit và chất thơm

Gluxit là mô ̣t tổ hơ ̣p các Polysacarit Hàm lươ ̣ng của chúng trong gỗ chiếm khoảng 70-80%, ngoài ra hàm lượng của các chất này ở các loài cây lá rô ̣ng cao hơn so với cây lá kim Gluxit bao gồm Xenlulo (thành phần cơ bản của gỗ) và Hemixelulo Gỗ cây lá kim chứa Hemixelulo ít hơn so với gỗ cây lá

rộng Các Polysacarit và các axít bâ ̣c cao hòa tan trong nước được nhắc tới ở trên, cũng có cấu ta ̣o hóa ho ̣c tương tự, song do tính chất hòa tan được trong

Trang 39

32

nước, chúng không thuô ̣c nhóm gluxit mà thuô ̣c nhóm các chất chiết suất Nên lưu ý rằng, các chất Pectin được quy ước phân vào nhóm các chất chiết suất tan trong nướ c, trên thực tế cũng đóng vai trò như các chất cấu thành của tế bào gỗ

Xenlulo là mô ̣t Polysacarit, cao phân tử đươ ̣c cấu thành từ các đơn phân đồng nhất là gốc β-D-glucopyranoza có công thức chung (C6H10O5)n Các phân tử Hemixelulo cấu ta ̣o từ các Monosacarit khác nhau Phần lớn các Hemixelulo có cấu thể phức hơ ̣p Khi phân tích người ta thường quy ước chia chú ng thành hai nhóm là Pentozan (C5H8O4)n và Hexozan (C6H10O5)n

Trong gỗ có chứ a các Pentozan như Xylan và Arabinan Trong số các Hexozan có các dẫn xuất của Mannan và Galactan

Ca ́ c chất thơm của gỗ hay Lignin, là mô ̣t hỗn hơ ̣p các chất thơm cao

phân tử có cấu trúc cùng nguồn gốc với Phenol, ta ̣o bởi các đơn vi ̣ Phenylpropan Hàm lươ ̣ng Lignin trong gỗ chiếm khoảng 20-30%, trong đó gỗ cây lá kim chứa nhiều Lignin hơn gỗ cây lá rô ̣ng

Các thành phần cấu trú c trong gỗ liên kết chặt chẽ với nhau bằng nhiều thể loại liên kết Các liên kết hóa tri ̣ (liên kết giữa các phân tử Lignin và Hemixelulo) và lực tương tác giữa các phân tử (giữa tất cả các thành phần của gỗ) gây cho ta nhiều khó khăn trong việc tách và tinh chế các thành phần ta ̣o nên gỗ Trong chế biến hó a lâm sản, viê ̣c tách các thành phần ta ̣o nên gỗ đươ ̣c dựa trên sự khác biê ̣t về tính tan và các tính chất hóa ho ̣c của chúng

Xenlulo, Hemixelulo, các Polysacarit và các Polyuronit tan trong nước là

các chất chi ̣u phân hủy trong quá trình thủy phân Polysacarit thủy phân hoàn toàn thành các Monosacarit Nếu ta tách bỏ các chất chiết suất của gỗ, sau đó tiến hành thủy phân hoàn toàn phần Gluxit thì sẽ thu được phần không hòa tan

là Lignin Trên thực tế, trong quá trình tác đô ̣ng gỗ như trên, dưới tác du ̣ng

củ a axít (chất xúc tác của phản ứng thủy phân), các liên kết ete đơn trong

Trang 40

33

phân tử Lignin tuy đươ ̣c bảo tồn song sẽ chi ̣u tác đô ̣ng, đồng thời ta ̣o nên những liên kết mới giữa các nguyên tử Carbon Vì vâ ̣y Lignin thu được chỉ tương ứng với Lignin tự nhiên về mă ̣t khối lượng, còn về mă ̣t cấu ta ̣o hóa ho ̣c đã khác biê ̣t rất nhiều Do có nguồn gốc Phenol, Lignin dễ bi ̣ phản ứng ôxy

hóa hơn so với các Polysacarit Vì vâ ̣y, sau khi tách các chất chiết suất trong gỗ và tác du ̣ng bằng mô ̣t chất oxy hóa thích hợp, ta thu được Xenlulo và Hemixelulo Phép khử Lignin trong tiếng Anh go ̣i là Delignification Người ta

thường dùng khái niê ̣m này để chỉ viê ̣c chế biến gỗ trong sản xuất Xenlulo Trong hợp thể của Xenlulo và Hemixelulo, thì Xenlulo (là polyme cấu trú c da ̣ng tinh thể) và mô ̣t thiểu số các Hemixelulo (còn go ̣i là các Xenlulozan

có cấu trúc tinh thể hóa với Xenlulo) thuô ̣c nhóm các Polysacarit khó thủy phân, phần cò n la ̣i các Hemixelulo (đươ ̣c xem là các polyme vô đi ̣nh hình) và

một phần nhỏ phân tử Xenlulo (phần vô đi ̣nh hình) thuô ̣c nhóm các Polsacarit dễ thủ y phân Trong gỗ, tất cả các Polysacarit và axít bâ ̣c cao tan trong nước, đều thuô ̣c nhóm các Polysacarit dễ thủy phân

+ Tính chất các thành phần hóa học quan trọng của gỗ:

Xenlulo

Xenlulo là thành phần chủ yếu tạo nên vách tế bào Nó là hợp chất cao phân tử đựợc tạo nên từ các mắt xích , D - glucose nhờ các mối liên kết Glucozit 1, 4, có công thức phân tử [C6H7O2(OH)3]n, n = 5000 - 14000 Trị số

n thay đổi tuỳ thuộc vào nguồn gốc Xenlulo, phương pháp xử lý Độ trùng hợp có ảnh hưởng lớn đến tính chất của Xenlulo Chuỗi Xenlulo chứa từ 200 -

3000 phân tử Xenlulo Ở mỗi mắt xích của phân tử Xenlulo có ba nhóm Hydroxyl (-OH) ở vị trí 2, 3, 6 (trong đó có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai) Cấu tạo phân tử Xenlulo được mô tả ở Hình 3.2

Tiêu đề	Nghiên cứu mối quan hệ giữa việc xử lý ổn định kích thước đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ Keo Lá tràm (Acacia Auriculiformis) đã xử lý chậm cháy
Tác giả	Nguyễn Trung Hiếu
Người hướng dẫn	TS. Vũ Mạnh Tường
Trường học	Trường Đại học Lâm nghiệp
Chuyên ngành	Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Thể loại	Luận văn
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	2,12 MB