Thạc Sĩ Nâng cao chất lượng gỗ mỡ ( Manglietia conifera Dandy) Rừng trồng

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi gửi lời cám ơn chân thành
tới GS.TS Hà Chu Chử, PGS.TS Trần Văn Chứ đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo
tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án.
Nhân dịp này cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới Đảng Uỷ, Ban Giám
Hiệu, Cán bộ các Phòng ban, Khoa Nông Lâm Nghiệp Trường Đại học Tây
Nguyên đã cho phép và động viên tôi để tôi hoàn thành luận án.
Nhân dịp này cũng cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới các Ông (Bà) Lãnh
đạo viện, các Ông (Bà) Lãnh đạo các phòng ban chức năng thuộc Viện Khoa
học Lâm Nghiệp Việt Nam, Khoa Chế Biến Lâm Sản Trường Đại học Lâm
Nghiệp đã giúp tôi hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn Ông Nguyễn Văn Bản, Trưởng Phòng Tài
Nguyên; TS Lê Thanh Chiến cùng các cán bộ nghiên cứu Phòng Chế biến
Lâm Sản đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí
nghiệm, tài liệu, thông tin khoa học để tôi hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn các Nhà Khoa học: PGS.TS Hoàng Nguyên,
PGS.TS Nguyễn Trọng Nhân, PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, PGS.TS Phạm
Văn Chương, TS Trần Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Cảnh Mão, TS Nguyễn Thị
Bích Ngọc . đã có những ý kiến đóng góp quý báu giúp tôi hoàn thành luận
án.
Qua đây, cũng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi đã động viên và
tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày 4 tháng 10 năm 2011
Tác giả luận án
Đào Xuân Thu iii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iv
Danh mục các hình vẽ v
Danh mục các bảng vi
Mở đầu 1
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu biễn tính gỗ 4
1.1. Lịch sử nghiên cứu biễn tính gỗ 4
1.2. Nhận xét rút ra từ tổng quan 10
Chương 2. Mục tiêu, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 11
2.1. Mục tiêu nghiên cứu 11
2.2. Đối tượng nghiên cứu 11
2.3. Nội dung nghiên cứu 12
2.4. Phương pháp nghiên cứu 13
Chương 3. Cơ sở lý thuyết 29
3.1. Cơ sở khoa học của quá trình biến tính gỗ 29
3.2. Cơ sở khoa học của ổn định kích thước gỗ bằng biến tính gỗ 35
3.3. Cơ chế xử lý ổn định kích thước gỗ 39
3.4. Cơ sở khoa học của quá tình thấm hóa chất vào gỗ 42
Chương 4. Nghiên cứu biến tính Gỗ Mỡ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình biến tính 52
4.1. Tạo mẫu gỗ 52
4.2. Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian ngâm và nhiệt độ dung dịch
Polyetylenglycol (PEG-600) đến tỷ lệ co rút và giãn nở của Gỗ Mỡ biến
tính
55
4.3. Tạo mẫu gỗ biến tính theo thông số tối ưu 66
4.4. Ảnh hưởng của dung dịch Polyetylenglycol (PEG-600) đến ổn định
kích thước của Gỗ Mỡ biến tính tạo thành theo thông số tối ưu 68
Chương 5. Nghiên cứu cơ chế biến tính gỗ Mỡ bằng PEG-600 77
5.1. Cấu tạo vi mô của Gỗ Mỡ chưa biến tính 77
5.2. Cấu tạo vi mô của Gỗ Mỡ biến tính 78
5.3. Xác định sự phân bố PEG trong tế bào Gỗ Mỡ biến tính 82
Chương 6.Thành phần hóa học, một số tính chất cơ học và tính chất công
nghệ của gỗ Mỡ biến tính 87
6.1. Thành phần hóa học 87
6.2. Tính chất cơ học 87
6.3 Ảnh hưởng của PEG-600 đến chất lượng màng trang sức 89
6.4. Độ ăn mòn kim loại 90iv
6.5. Đề xuất sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91
Kết luận và kiến nghị 93
1. Kết luận 93
1. Kiến nghị 94
Các công trình có liên quan của tác giả đã công bố 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96
PHỤ LỤC v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Ý nghĩa
Mean Giá trị trung bình mẫu
Min Trị số quan sát bé nhất
Max Trị số quan sát lớn nhất
σ Giới hạn bền
m Sai số của số bình quân
V% Hệ số biến động
P% Hệ số chính xác
W Độ ẩm gỗ
γ Khối lượng thể tích gỗ
A Công riêng khi uốn va đập
T Giới hạn bền khi tách
XT Xuyên tâm
TT Tiếp tuyến
DT Dọc thớ
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
pH Chỉ độ axit của gỗ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
TÊN HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ TRANG
Hình 2.1: Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu khi tạo gỗ Mỡ
biến tính 15
Hình 2.2. Sơ đồ xác định độ sâu thấm thuốc trên tiết diện ngang mẫu
gỗ
23
Hình 2.3. Các cấp độ đánh giá chất lượng bám dính của màng trang
sức
26
Hình 3.1: Mô hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ 37
Hình 3.2. Mặt cong được hình thành khi dung dịch tiếp xúc với thành mao
quản 46
Hình 4.1. Sơ đồ tạo mẫu gỗ 52
Hình 4.2. Tạo mẫu gỗ Mỡ biến tính theo thông số tối ưu 68
Biểu đồ 4.1. Biểu đồ biểu diễn độ hút ẩm của gỗ Mỡ biến tính và
không biến tính 71
Biểu đồ 4.2. Biểu đồ biểu diễn độ hút nước của gỗ Mỡ biến tính và
không biến tính 72
Biểu đồ 4.3. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ tăng thể tích của gỗ Mỡ biến tính
và không biến tính 73
Biểu đồ 4.4. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ PEG của gỗ Mỡ biến tính tối ưu và
gỗ biến tính theo các chế độ ngâm khác 76
Hình 5.1. Cấu tạo mặt cắt ngang 77
Hình 5.2. Cấu tạo mặt cắt xuyên tâm 77
Hình 5.3. Cấu tạo mặt cắt tiếp tuyến 77
Hình 5.4. Mặt cắt ngang (độ phóng đại 600 lần) 80
Hình 5.5. Mặt cắt xuyên tâm (độ phóng đại 400 lần) 80
Hình 5.6. Mặt cắt tiếp tuyến (độ phóng đại 600 lần) 80
Hình 5.7. Kínhhiển vi điện tử quét SEM (Hitachi S-4800) tại Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
84
Hình 5.8: Hình ảnh SEM của mẫu gốc M1 (a,c) ở độ phóng đại 2000
lần và mẫu M2 (b,d) ở độ phóng đại 5000 lần 85
Hình 6.1. Sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
TÊN BẢNG TRANG
Bảng 2.1. Các mức, bước thay đổi của các thông số thí nghiệm 16
Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm 17
Bảng 2.3. Ma trận các thông số thí nghiệm 17
Bảng 3.1. Tính chất của Polyethylenglycol 51
Bảng 4.1. Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ được xử lý PEG 55
Bảng 4.2. Tỷ lệ PEG trong gỗ Mỡ 56
Bảng 4.3. Tỷ lệ co rút theo chiều tiếp tuyến (%) 58
Bảng 4.4. Tỷ lệ co rút xuyên tâm (%) 59
Bảng 4.5. Tỷ lệ co rút theo chiều dọc thớ (%) 61
Bảng 4.6. Tỷ lệ giãn nở theo chiều tiếp tuyến (%) 62
Bảng 4.7. Tỷ lệ giãn nở xuyên tâm (%) 63
Bảng 4.8. Tỷ lệ giãn nở theo chiều dọc thớ (%) 65
Bảng 4.9. Độ ẩm ban đầu của mẫu gỗ thí nghiệm 68
Bảng 4.10. Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ được xử lý PEG 69
Bảng 4.11. Độ hút ẩm của gỗ 70
Bảng 4.12. Độ hút nước của gỗ 71
Bảng 4.13. Tỷ lệ tăng thể tích của gỗ 73
Bảng 4.14. Tỷ lệ PEG (%) 74
Bảng 5.1. Mật độ, kích thước của mạch và tia gỗ Mỡ 78
Bảng 6.1. Thành phần hóa học của Gỗ Mỡ 87
Bảng 6.2. Tính chất cơ học của gỗ Mỡ trước và sau khi biến tính 88
Bảng 6.3. Kết quả xác định chất lượng bám dính của màng trang
sức
89
Bảng 6.4. Độ ăn mòn kim loại của mẫu gỗ thí nghiệm 901
MỞ ĐẦU
Hiện nay khi gỗ mọc nhanh rừng trồng đang được trồng rất nhiều ở các
nước trên thế giới thì xu thế nghiên cứu biến tính theo hướng thay đổi tính
chất gỗ có lợi cho người sử dụng là điều hết sức cần thiết. Nhu cầu của xã hội
về sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất
lượng. Trong khi đó, gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm. Gỗ của nhiều
loại cây rừng trồng có ưu điểm: sinh trưởng nhanh, có khả năng tái sinh tự
nhiên tốt song gỗ mềm, nhẹ tỷ trọng thấp hơn nhiều so với một số loài gỗ
rừng tự nhiên, chính vì vậy gỗ rừng trồng ít được dùng vào sản xuất hàng mộc
dân dụng, đặc biệt là hàng mộc cao cấp và mỹ nghệ. Do đó việc nâng cao chất
lượng nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng là cần thiết và có ý nghĩa chiến
lược.
Trên thế giới hiện nay, có hai hướng chế biến gỗ đã được khẳng định
là: nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao chất lượng gỗ.
Từ cuối thế kỷ XX, các công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy, xẻ hiện
đại đã phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ.
Hiện nay, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tính năng cơ, vật lý gỗ
đã và đang được quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo xu hướng này,
hiện có 5 phương pháp biến tính gỗ, đó là: nhiệt-cơ; nhiệt-hoá-cơ; hoá-cơ; hoá
học và bức xạ-hoá học. Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt và
không nén chặt. Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ
tăng tỷ trọng, polyme hoá. Mục đích của các phương pháp trên đều nhằm
nâng cao khối lượng thể tích và độ bền của gỗ.
Trong mấy năm gần đây ngành công nghiệp chế biến gỗ của Việt Nam
đã có những bước phát triển vượt bậc; sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam
đã có mặt trên thị trường của 120 nước trên thế giới. Kim ngạch xuất khẩu sản
phẩm gỗ năm 2006 đạt 1,93 triệu USD; năm 2007 đạt 2,4 tỷ USD; năm 2008 2
đạt 2,8 tỷ USD; năm 2009 đạt 2,7 tỷ USD; và dự kiến năm 2010 đạt 3 tỷ USD
(Nguồn VnEconomy 19/11/2009). Hiện nay, đồ gỗ được xem như là mặt hàng
xuất khẩu chủ lực và được xếp vào 16 mặt hàng trọng điểm xúc tiến thương
mại Quốc gia.
Thực hiện chỉ thị số 19/1999/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày
16 tháng 7 năm 1999 về việc thực hiện các biện pháp đẩy mạnh tiêu thụ gỗ
rừng trồng và chỉ thị số 19/2004/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 01
tháng 6 năm 2004 về một số giải pháp phát triển ngành chế biến gỗ và xuất
khẩu sản phẩm gỗ; ngành chế biến gỗ Việt Nam và các nghành kinh tế liên
quan đã tích cực, chủ động tìm kiếm nguyên liệu, cải tiến công nghệ, thiết bị
để đẩy mạnh phát triển sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ. Tuy nhiên khó khăn
hiện nay của Việt Nam là vấn đề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập khẩu
80% nguyên liệu, trong đó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm
tỷ lệ rất lớn. Nhưng trong tương lai gần nhập gỗ càng khó khăn vì nhiều nước
ở nhiệt đới sẽ cấm xuất khẩu gỗ.
Trong khi đó, với nỗ lực của các chương trình trồng rừng, chúng ta đã
có được một sản lượng lớn gỗ rừng trồng. Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ
rất lớn, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm phục vụ chế biến sản phẩm mộc truyền
thống, mộc xây dựng, mộc cao cấp ngày càng hiếm, vì vậy việc nghiên cứu
nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng là yêu cầu cấp bách đặt ra.
Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu để nâng cao chất lượng
gỗ rừng trồng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới để thay thế gỗ rừng tự
nhiên, chúng tôi thực hiện luận án:
“Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy)
rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học”.
Đối tượng nghiên cứu của luận án là: gỗ Mỡ rừng trồng ở tuổi 15 và
hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) dùng để ngâm mẫu gỗ. Mỡ là loại gỗ 3
có cấu tạo đồng nhất, dể sấy, dễ gia công; thớ gỗ thẳng, dễ ngâm tẩm, bảo
quản, khối lượng thể tích nhỏ, phù hợp làm nguyên liệu cho ván ghép thanh,
phôi mộc và đang được trồng tương đối phổ biến tại Việt Nam. Hóa chất
Polyethylenglycol (PEG - 600) là một cao phân tử có phân tử lượng tương đối
thấp do đó khi ngâm tẩm hóa chất dễ dàng thấm vào gỗ.
Phạm vi nghiên cứu: trong khuôn khổ luận án chúng tôi nghiên cứu
tính ổn định kích thước của gỗ Mỡ rừng trồng (gỗ ở tuổi 15) khi ta ngâm mẫu
gỗ trong dung dịch hóa chất Polyethylenglycol (PEG-600). Địa điểm lấy mẫu
gỗ Mỡ nghiên cứu: tại Tỉnh Tuyên Quang, đây là nơi trồng nhiều Gỗ Mỡ nhất
tại Việt Nam.
Ý nghĩa khoa học
Ứng dụng lý thuyết biến tính gỗ theo phương pháp hoá học, góp phần
làm sáng tỏ hơn cơ sở khoa học và công nghệ của sản phẩm gỗ Mỡ biến tính
có tính ổn định kích thước cao hơn gỗ nguyên.
Ý nghĩa thực tiễn
Những kết quả nghiên cứu của luận án góp phần tạo ra một loại gỗ Mỡ
biến tính có độ ổn định kích thước cao hơn so với gỗ Mỡ tự nhiên và đề xuất
được các bước cơ bản của qui trình công nghệ biến tính gỗ Mỡ rừng trồng
bằng PEG. 4
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ
1.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ
1.1.1. Trên thế giới
Từ những năm 30 thế kỷ trước, các nhà khoa học Nga, Đức đã nghiên
cứu và công bố tài liệu nói về gỗ biến tính. Các nhà khoa học đã dùng phương
pháp vật lý, hóa học hay kiêm dụng cả hai loại để xử lý gỗ, làm cho chất xử lý
thấm đọng vào trong vách tế bào, hoặc làm phát sinh mối liên kết giao nhau
giữa các thành phần của gỗ, từ đó làm cho mật độ của gỗ tăng lên, cường độ
của gỗ cũng được nâng cao, như vậy gọi là cường độ hóa gỗ [31, tr.13].
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp biến tính gỗ bằng phương
pháp nhiệt cơ, các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa vào trong gỗ một số
chất hóa học nhằm ổn định hình dạng và kích thước sản phẩm đồng thời cũng
tăng cường độ chịu lực của gỗ biến tính. Một trong những loại hình sản phẩm
đơn giản nhất khi sử dụng hóa chất là gỗ ngâm tẩm. Đó là kiểu biến tính gỗ
khi ngâm ngập gỗ trong dung dịch hóa chất, sau đó sấy để loại bỏ bớt nước
rồi gia nhiệt cho keo đóng rắn lại tạo sản phẩm không thấm nước. Loại hình
này có ưu điểm rất rõ là hệ số co giãn kích thước nhỏ nhưng lại tốn hóa chất.
Theo tác giả V.E. Vikhrov sẽ thu được kết quả rất tốt khi sử dụng nhựa
P-F để ngâm gỗ, sau đó trùng ngưng vật liệu này. Các nhựa hòa tan trong
nước này sẽ dịch chuyển vào các cấu trúc của các mao quản và khe hở giữa
các vách tế bào gỗ, khi đó gỗ sẽ ở trạng thái trương nở nhiều nhất.
Gỗ được tẩm các nhựa hòa tan trong nước sẽ giữ được ổn định kích
thước khi nhúng gỗ vào trong nước, khi đó sẽ làm tăng khả năng bền vững
với acid và làm tăng độ cứng. Theo tác giả Z.A. Rogovin, khi tẩm gỗ với các
nhựa tổng hợp sẽ đạt được các kết quả khả quan và cũng có nhiều loại hợp
chất khác nhau để lựa chọn hợp lý cho yêu cầu sản phẩm. 5
G.L.Angendorf (1982) đã đề xuất hàng loạt phương pháp biến tính gỗ.
Ví dụ: dung dịch Urea-Formadehyde có khối lượng phân tử thấp được tẩm
vào gỗ với áp lực nhất định, sau đó nó được trùng hợp ở nhiệt độ không nhỏ
hơn 106-110 0 C trong môi trường dòng điện cao tần. Gỗ biến tính được dùng
trong công nghệ đóng tàu thuyền.
V.M.Khrulev, tại Trường Đại học Công nghệ Belarutxia đã đề xuất qui
trình công nghệ biến tính gỗ bằng nhựa tổng hợp Phenol-Formadehyde-
furfural, tạo ra sản phẩm gỗ biến tính có một loạt tính chất cơ lý và một số
tính chất khác cao hơn so với gỗ nguyên liệu.
Các nước phát triển đã sử dụng nhiều phương pháp từ đơn giản đến
phức tạp để hoá dẻo gỗ trước khi (hoặc đồng thời) nén ép định hình như: hấp
luộc; gia nhiệt cao tần; gia nhiệt sóng ngắn (phổ biến tại Nhật Bản và hiệu quả
hoá mềm rất tốt); xử lý bằng chất hoá học bằng kiềm như: amoniac, urea.
Stamm là người đầu tiên sử dụng amoniac để hoá mềm gỗ vào năm
1955. Phương pháp này có ưu điểm hoá mềm triệt để hầu như tất cả các loại
gỗ lá rộng; thời gian ngắn, áp lực nén thấp, ít phế phẩm và tỷ lệ phục hồi nhỏ.
Các nhân tố ảnh hưởng đến mức độ hoá mềm gỗ gồm: thời gian, nhiệt độ, áp
lực ngâm tẩm, biện pháp xử lý sau khi hoá dẻo, và loại gỗ. Các tính chất của
gỗ thay đổi sau khi được hoá mềm bằng amoniac và sau quá trình nén ép với
mức độ khác nhau, nhưng chưa được nghiên cứu đầy đủ mang tính hệ thống
[31, tr.134].
Cường độ hóa gỗ do H.S. Chmidt người Đức nghiên cứu và đưa vào
sản xuất năm 1930. Phương pháp này thích hợp với loại gỗ mạch vòng thuộc
loại gỗ giác: ép một miếng kim loại vào đầu mẫu gỗ, rồi đặt mẫu vào thiết bị
áp lực, ở dưới đáy của thiết bị đã có kim loại phải xử lý. Đưa thiết bị vào
trong lò (có kích thước 0.3 x 5 x 5m) và đóng thiết bị lại rồi hút chân không,
tăng nhiệt độ lên 130-150 0 C, kim loại nóng chảy, gỗ bị dìm xuống dưới mặt 6
kim loại nóng chảy. Sau đó loại bỏ chân không rồi tăng áp lên tới 4-16.6 MPa,
duy trì thời gian xử lý trong khoảng 20-60 phút, loại bỏ áp suất, mở thùng,
làm lạnh trước khi kim loại đóng rắn rồi lấy mẫu ra, cạo sạch kim loại dính
trên bề mặt, nhiệt độ xử lý khoảng 200 0 C, áp suất xử lý: 0.35 MPa. Do đặc
điểm đó khối lượng thể tích tăng rất lớn, đặc biệt là độ cứng tĩnh và khả năng
chống cháy [31, tr.40].
Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, người ta sử dụng gỗ cường hóa làm ổ
đỡ chân vịt tàu thủy.
Sau khi đưa vào gỗ một số cao phân tử phân tử lượng thấp hoặc cacbua
hydro không bão hòa có cầu đôi. Lợi dụng năng lượng của tia chiếu xạ, chất
xúc tác gia nhiệt mà làm cho các hóa chất trên kết hợp với gỗ và đóng rắn lại,
gỗ được làm như vậy gọi là gỗ polyme phức hợp (viết tắt là WPC). WPC so
với gỗ nguyên thì tính ổn định kích thước rất cao. Các loại chỉ tiêu: cường độ
(độ rắn, ép, chịu mài mòn) đều tăng lên rất nhiều, ngoại quan đẹp, bảo dưỡng
đơn giản, bền lâu là vật liệu kiến trúc tốt.
Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ) đã dùng tia γ
chiếu xạ gây phản ứng đa tụ ở các đơn thể tẩm vào trong gỗ tạo nên sản phẩm
chất lượng cao WPC, sau đó nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học đã sử dụng
nhiều nguồn năng lượng khác nhau trong đó có cả năng lượng nguyên tử vào
mục đích này.
Năm 1965, trong hội thảo chuyên đề ở New York các nhà khoa học Mỹ
đã giới thiệu thành tựu đưa chất dẫn để tẩm gỗ và dùng xúc tác gia nhiệt để
sản xuất gỗ WPC [31, tr. 82].
Năm 1968, công ty hóa chất ARCO của Mỹ đã dùng tia γ bức xạ WPC.
Sản phẩm này chủ yếu dùng làm sàn, chịu mài mòn cao, có độ cứng cao. Ván
sàn loại này không cần trang sức và rất khó cháy, thích hợp với nơi công 7
cộng, đông người như: ga tàu điện ngầm, phòng đợi, sân bay, siêu thị, sàn
nhảy, khách sạn cao cấp. Tuy giá thành nó cao nhưng tuổi thọ gấp 9-11 lần gỗ
nguyên liệu.
Từ năm 1970 Mỹ đã có 3 công ty dùng bức xạ để sản xuất WPC, hình
thành hệ thống công nghiệp sản xuất WPC tạo ra hơn 100 loại hình sản phẩm.
Gần đây, WPC đã vượt quá con số 2 triệu m 2 .
Ở Pháp, các nhà khoa học dùng bức xạ γ để sản xuất WPC có tính ổn
định cao, giá thành sản phẩm giảm tới 40%.
Ở Anh, WPC dùng làm cán dao, nhạc cụ, dụng cụ thể thao. Ở Tây Ban
Nha sử dụng WPC làm thoi dệt rất thành công. Ở Ba Lan dùng WPC làm
miếng đệm ở tà vẹt, đưa khả năng chịu chịu xung kích lớn gấp mấy chục lần
so với gỗ nguyên liệu.
Năm 1984, Học viện Công Nghiệp Rừng Hoa Đông và Nhà máy gỗ
Thượng Hải sản xuất WPC bằng cây gỗ lá rộng dùng cho điêu khắc cũng đạt
kết quả tốt. Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc tiến hành WPC bằng gỗ
Keo trắng cũng cho kết quả tốt.
Việc nghiên cứu WPC ở Trung Quốc vẫn còn những hạn chế nhất định
do giá thành cao và khống chế quá trình phản ứng chưa triệt để, nên việc mở
rộng sản xuất WPC còn gặp nhiều khó khăn.
Tại Canada, Phần Lan, Thụy Điển, Nam Mỹ cũng đã xây dựng hàng
loạt các công xưởng nhà máy sản xuất WPC dùng chiếu xạ γ để sản xuất vật
liệu xây dựng cung cấp cho nước mình, họ đã sản xuất hàng loạt ván sàn
WPC mang tính hàng hóa.
Tại Ý một số nhà máy đã dùng Styrene làm đơn chất để mỗi ngày sản
xuất được 3m 3 WPC dùng làm cúc áo, điện thoại và các sản phẩm khác.
Từ xa xưa, con người đã biết dùng Polyethylenglycol để bảo quản gỗ.
Gỗ được ngâm tẩm quét Polyethylenglycol (PEG) rất có hiệu quả làm giảm sự 8
trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong vênh, nứt vỡ do
nguyên nhân trên gây nên. Polyethylenglycol được sử dụng rộng rãi trong
việc bảo quản gỗ cổ xưa. Ví như, gỗ cổ xưa bị chôn vùi dưới sông băng hơn 3
vạn năm tại Mỹ - Gỗ tàu thuyền của chiến hạm Wasa bị chìm đắm tại cảng
Thụy Điển, quần thể kiến trúc tại các đền cổ của Nhật Bản, tất cả đều được xử
lý bảo quản bằng PEG mà hiệu quả mỹ mãn. Mấy năm gần đây Trung tâm kỹ
thuật bảo hộ văn vật của tỉnh Thiểm Tây - Trung Quốc cũng đã triển khai
nghiên cứu về phương diện này.
Stamm đã nghiên cứu sự dán dính của ván mỏng được xử lý bằng
dung dịch polyetylenglycol (PEG-1000) với những nồng độ khác nhau đối với
các loại keo dán đã kết luận như sau: tính trang sức của gỗ xử lý PEG-1000
kém hơn gỗ chưa xử lý, đặc biệt là khi dùng chất phủ có dung môi bay hơi -
nitrocellulose, polyetylenglycol đóng vai trò tác dụng như là một dung môi
làm cho sự khô đóng rắn của màng chất phủ bị phá hoại [31, tr.57].
Với gỗ Vân Sam Bắc Mỹ được xử lý bằng dung dịch PEG-1000 tan
trong nước với các loại nồng độ dùng nấm Lenzilestrebea cấy thí nghiệm trên
mẫu tiêu chuẩn tiến hành trong 3 tháng khi tỷ lệ tồn đọng của PEG lớn hơn
18% do thành phần nước hút vào PEG sự lớn lên của nấm phá hoại gỗ nhất
thiết cần có nước sinh lý trong tế bào trở nên ít mà gỗ được xử lý không phát
sinh hiện tượng phá hoại [31, tr.58].
1.1.2. Trong nước
Việc nghiên cứu sử dụng các sản phẩm gỗ biến tính ở Việt Nam đến
nay vẫn còn ở mức độ phòng thí nghiệm. Những năm 60 của thế kỷ XX, Nhà
máy gỗ Cầu Đuống đã sản xuất sản phẩm tay đập và thoi dệt từ ván mỏng dán
ép nhiều lớp, có thể coi đây là sản phẩm gỗ biến tính đầu tiên ở Việt Nam,
theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ.9
Cuối những năm 1980, Nguyễn Trọng Nhân và các cộng sự ở Viện
Công Nghiệp Rừng (Viện KHLN Việt Nam ngày nay) đã nghiên cứu tẩm
dung dịch Phenolformaldehyd và nén ép với tỷ suất nén 40-45% nhằm biến
tính gỗ Vạng Trứng để làm thoi dệt, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ. Kết quả
đã nâng cao độ bền cơ học, độ cứng gấp 2-3 lần gỗ nguyên.
Vũ Huy Đại và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm Nghiệp đã nghiên
cứu ảnh hưởng của đơn yếu tố tỷ suất nén đến một số tính chất của gỗ biến
tính.
Trần Văn Chứ và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp trong Đề
tài Khoa học Công nghệ cấp bộ (2005): “nghiên cứu công nghệ và thiết bị
biến tính gỗ có khối lượng riêng thấp thành nguyên liệu chất lượng cao”, đã
nghiên cứu quy trình biến tính gỗ bằng PEG-1000 đối với 4 loại gỗ: Bồ đề,
Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: các loại gỗ
trên sau khi được xử lý bằng dung dịch PEG-1000 thì tỷ lệ co rút đều giảm rõ
rệt và tính chất cơ học của gỗ thì có ảnh hưởng không nhiều.
Phạm Văn Chương và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp trong
Đề tài Khoa học Công nghệ cấp bộ (2005): “Nghiên cứu sự thay đổi của tính
chất vật lý, cơ học, hoá học của gỗ Sa Mộc và gỗ Mỡ theo tuổi cây làm cơ sở
cho việc sử dụng hai loại gỗ này trong công nghiệp sản xuất ván ghép thanh”,
đã nghiên cứu một cách rất cơ bản về tính chất vật lý, cơ học, hoá học của gỗ
Sa Mộc và gỗ Mỡ. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Gỗ Mỡ phù hợp cho nhiều
mục đích sử dụng như: sản xuất đồ mộc, ván nhân tạo, bột giấy Tuy nhiên
về đặc tính công nghệ và tính năng sử dụng, gỗ Mỡ còn một số tồn tại như:
cấu tạo không đều theo phương bán kính làm cho gỗ dễ bị biến dạng trong
quá trình sử dụng, gỗ rất dễ bị nấm, mốc phá hoại, độ bền tự nhiên thấp. 10
1.2. NHẬN XÉT RÚT RA TỪ TỔNG QUAN
Công nghệ biến tính gỗ đã phát triển khá lâu ở nước ngoài. Do tính ổn
định kích thước tốt, tính chất cơ học, chịu mài mòn và chịu uốn cũng vậy nên
gỗ biến tính được sử dụng rộng rãi và thực tế một số nước như: Mỹ, Pháp,
Đức, Ba Lan, Canada đã nghiên cứu và tạo ra những sản phẩm gỗ biến tính
có chất lượng đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của một số ngành: vật
liệu kiến trúc, vật liệu công nghiệp, đồ mộc và công nghệ phẩm, dụng cụ văn
thể .
Việc sử dụng polyetylenglycol để bảo quản gỗ đã được áp dụng từ lâu
trên thế giới và rõ ràng tác dụng bảo quản gỗ bằng PEG có những ưu điểm nổi
trội: làm giảm sự trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong
vênh, nứt vỡ [31, tr.54], nhưng trên thế giới cũng chưa có nhiều công trình
chuyên sâu vào nghiên cứu, đánh giá tác động của PEG đối với gỗ.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu của các tác giả nêu trên về tác động của
PEG vào một số loại gỗ nghiên cứu cũng đơn thuần dựa trên kết quả nghiên
cứu thực nghiệm, tài liệu về biến tính gỗ bằng PEG không nhiều, cơ chế và
bản chất của quá trình biến tính hoá học bằng PEG vẫn còn là vấn đề chưa rõ.
Do đó để áp dụng vào thực tế sản xuất tạo ra các loại gỗ biến tính (bằng cách
ngâm tẩm PEG) tại Việt Nam là vấn đề cần phải nghiên cứu bài bản và đi sâu
hơn.
Luận án: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera
Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học” với mục đích là
nâng cao ổn định kích thước cho gỗ Mỡ rừng trồng để từ đó nâng cao giá trị
sử dụng của loại cây này là một vấn đề hết sức cần thiết và có ý nghĩa. 11
Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
ã Mục tiêu về khoa học
Góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho công nghệ biến tính gỗ. Xác
định những yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến ổn định kích thước gỗ Mỡ biến
tính.
ã Mục tiêu kỹ thuật
Đề xuất sơ đồ công nghệ biến tính gỗ nhằm nâng cao ổn định kích
thước cho gỗ Mỡ rừng trồng.
2.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Gỗ
Trong luận án, chúng tôi chọn loại gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy)
15 tuổi được khai thác tại huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang. Lý do chúng
tôi chọn gỗ Mỡ ở độ tuổi 15 là vì: ở tuổi này Gỗ Mỡ đã đạt tiêu chuẩn thành
thục công nghệ, đường kính đạt khoảng 17-20cm, chiều cao khoảng 16-19m,
chất lượng gỗ đáp ứng được yêu cầu của ván ghép thanh và tỷ lệ thành khí
tương đối cao.
2.2.2. Hoá chất
Chúng tôi chọn dung dịch Polyethylenglycol (PEG-600): là một
polyme của etylen glycol có công thức chung HOCH 2 -(CH 2 OCH 2 ) n -CH 2 OH,
trong đó n là độ polyme hóa trung bình. PEG - 600 là Polyethylenglycol có
khối lượng phân tử là 600; Tỷ trọng 1,10 (50/4 0 C); Điểm đóng rắn: 20-25 0 C;
Độ nhớt: 10 cst (100 0 C); PEG - 600 tồn tại ở dạng lỏng, không màu, không
mùi, không độc hại đối với người và gia súc và tan trong nước với bất kỳ tỷ lệ
nào; PEG là một chất tan trong nước không màu, không mùi, khi phân tử 12
lượng cao ở trạng thái rắn khi nhiệt độ không khí (20 0 C), khi phân tử lượng
thấp ở trạng thái lỏng. PEG không có tính độc đối với người và gia súc, nguy
cơ cháy thấp. Thông thường PEG tồn tại dưới dạng hỗn hợp của nhiều cao
phân tử với độ trùng hợp khác nhau. PEG thích hợp cho việc xử lý gỗ tươi và
ướt, nồng độ dung dịch xử lý từ 25-30% (dung môi là nước). Nhiệt độ xử lý là
nhiệt độ phòng, thời gian và nhiệt độ xử lý căn cứ vào độ dày, loại gỗ và
lượng ngấm cần xử lý mà quyết định. Khi xử lý độ ẩm của gỗ lớn thì tỷ lệ tồn
đọng của PEG trong gỗ cũng lớn, Khả năng chống trương nở của gỗ được xử
lý cũng cao. Do đó với gỗ tươi hiệu quả xử lý tốt hơn gỗ khô [31].
Chúng tôi sử dụng phương pháp ngâm thường để tiến hành thí nghiệm.
2.2.3. Các yếu tố thay đổi
Trong luận án, chúng tôi lựa chọn các yếu tố thay đổi sau:
- Các cấp nồng độ dung dịch Polyethylenglycol (PEG-600): chúng tôi
lựa chọn các cấp nồng độ N (%): 10; 15; 20; 25, 30.
- Chọn các cấp nhiệt độ: tham khảo tài liệu [31] và dựa vào điểm đóng
rắn của PEG - 600 là 20-25 0 C, do đó chúng tôi chọn các cấp nhiệt độ t ( 0 C):
20; 30; 40; 50; 60
- Thời gian ngâm gỗ: do mẫu gỗ thí nghiệm nhỏ (theo TCVN) nên
chúng tôi chọn thời gian ngâm theo các cấp sau: [τ (giờ): 2; 4; 6; 8; 10]
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý, hoá học và tính chất cơ học
của gỗ Mỡ.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch PEG-600, thời gian tẩm và
nhiệt độ tẩm đến tỷ lệ co rút và giãn nở của gỗ Mỡ biến tính.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch PEG-600 đến ổn định kích thước gỗ
Mỡ biến tính; sự biến đổi về thành phần hoá học và một số tính chất cơ học
chủ yếu của gỗ Mỡ trước và sau biến tính. 13
- Nghiên cứu cơ chế biến tính Gỗ Mỡ bằng PEG-600.
- Đề xuất sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ rừng trồng.
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Phương pháp kế thừa
- Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về biến tính gỗ
theo phương pháp hoá học.
2.4.2. Phương pháp thực nghiệm
2.4.2.1. Đối với nội dung nghiên cứu tính chất vật lý, hoá học, tính chất cơ
học