ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN MÀU SẮC VÁN BÓC GỖ BỒ ĐỀ

Công nghiệp rừng ẢNH HƯỞNG CỦA XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN MÀU SẮC VÁN BÓC GỖ BỒ ĐỀ Đặng Xuân Thức1, Nguyễn Văn Thiết2 Tổng cục dạy nghề, Bộ Lao động - Thương binh Xã hội PGS.TS Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Xử lý nhiệt nâng cao chất lượng gỗ, giảm bớt sử dụng hóa chất q trình xử lý gỗ; gỗ sau xử lý nhiệt tạo màu sắc hấp dẫn, đồng từ Nghiên cứu đánh giá màu sắc ván bóc gỗ Bồ đề (được xử lý nhiệt độ 170oC-190oC, thời gian 1h-3h mơi trường khơng khí) sau xử lý Ngồi ra, nghiên cứu cịn tiến hành kiểm tra độ bền màu ván bóc gỗ Bồ đề xử lý nhiệt chiếu tia UV Kết thể hiện, số màu sắc ván bóc sau xử lý nhiệt có thay đổi rõ, màu sắc gỗ trở nên sẫm tăng nhiệt độ kéo dài thời gian xử lý Sau chiếu tia UV màu sắc ván bóc xử lý nhiệt ván bóc đối chứng biến đổi Tuy nhiên, chế độ xử lý nhiệt, sau chiếu tia UV với bước sóng 350 nm, độ lệch màu so với mẫu trước chiếu UV thấp so với gỗ đối chứng, gần đạt trạng thái ổn định sau khoảng 300h Từ khóa: Độ bền màu, gỗ Bồ đề, tạo màu gỗ, ván bóc, xử lý nhiệt I ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ xử lý nhiệt cải thiện số tính chất gỗ, thu hút ý nhiều nhà nghiên cứu giới Những năm trở lại đây, xử lý nhiệt gỗ nhờ tính chất đặc biệt tính thân thiện với mơi trường ngày ý ứng dụng sâu rộng (Esteves B Pereira H., 2009) Cơng nghệ xử lý nhiệt ảnh hưởng xấu đến khả dán dính khả trang sức, trừ vài tiêu học gỗ bị giảm, tính ổn định kích thước, tính chống ẩm, độ bền nâng cao rõ rệt (ThermoWood, 2003) Căn báo cáo Boonstra (Boonstra M., 2008), lĩnh vực nghiên cứu xử lý nhiệt gỗ lại bắt đầu loại gỗ chất lượng cao ngày ít, nhằm bổ sung cho nhu cầu ngày tăng vật liệu xây dựng, giảm phá hoại rừng tự nhiên giảm việc sử dụng chất xử lý gỗ độc hại, việc sâu vào nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt gỗ vô cần thiết Theo số tài liệu nghiên cứu, xử lý nhiệt cho gỗ khoảng 160-260oC, mơi trường có vật chất bảo hộ nước, khí trơ, khơng khí xy… (Hill Callum A S., 2006), phương pháp sử dụng tác nhân vật lý, so với phương pháp dùng tác nhân hóa học khác, vấn đề nhiễm q trình sản xuất cơng nghệ xử lý nhiệt ít, công nghệ xử lý đơn giản, trình sử dụng hiệu bảo quản gỗ xử lý nhiệt khơng bị suy giảm hóa chất bị rửa trôi hay bay hơi, không làm hại đến sức khỏe người Một số nghiên cứu thể hiện, gỗ sau xử lý nhiệt tạo màu sắc hấp dẫn, đồng từ Hơn nữa, xử lý điều kiện khác thu màu sắc khác Ngoài ra, màu sắc gỗ sau xử lý nhiệt có độ ổn bền định chịu tác động tia cực tím (UV) Trong cơng nghệ sản xuất sản phẩm gỗ nay, tạo màu sắc cho gỗ nói chung, ván bóc nói riêng vấn đề nhiều nhà nghiên cứu sản xuất quan tâm Hiện tại, công nghệ tạo màu cho gỗ chủ yếu sử dụng hóa chất thông qua công đoạn tẩy trắng, nhuộm màu… Các công nghệ thường gây tác động xấu tới môi trường sức khỏe người trình sử dụng Vì vậy, việc áp dụng giải pháp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 89 Công nghiệp rừng thân thiện môi trường vấn đề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu tiến hành phân tích ảnh hưởng điều kiện xử lý nhiệt đến màu sắc ván bóc từ gỗ Bồ đề, ngồi ra, độ bền màu chiếu tia UV ván bóc sau xử lý nhiệt đánh giá II VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu Vật liệu sử dụng nghiên cứu Ván bóc gỗ bồ đề có chiều dày mm 2.2 Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp xử lý nhiệt - Phương pháp xử lý: Xử lý nhiệt điều Thông số Nhiệt độ (oC) Thời gian (h) 170 kiện mơi trường khơng khí Các thơng số (nhiệt độ, thời gian) bố trí thí nghiệm phần - Thiết bị xử lý: Thiết bị (Sumpot ) Trung tâm thí nghiệm thực hành - Khoa Chế biến Lâm sản - Trường Đại học Lâm nghiệp - Bố trí thí nghiệm: + Các thơng số cố định: Kích thước ván bóc, mơi trường xử lý, độ ẩm ván bóc trước xử lý, loại gỗ + Các thông số thay đổi: Căn mục tiêu nghiên cứu, nhóm tác giả lựa chọn thay đổi hai thơng số công nghệ xử lý nhiệt độ xử lý thời gian xử lý Thí nghiệm thay đổi đồng thời hai nhân tố bố trí sau: Giá trị 180 190 Bước nhảy 10 Tổng cộng có thí nghiệm với thơng số sau: TT 10 Chế độ ĐC CĐ1 CĐ2 CĐ3 CĐ4 CĐ5 CĐ6 CĐ7 CĐ8 CĐ9 Nhiệt độ (o C) 170 180 190 170 180 190 170 180 190 - Chỉ tiêu đánh giá: Màu sắc ván bóc sau xử lý nhiệt sau chiếu tia UV đánh giá thông qua số màu hệ thống màu CIELab (1976) b Phương pháp kiểm tra độ bền màu - Kích thước mẫu: dày x rộng x dài = mm x 50 mm x 100 mm - Điều kiện chiếu UV: Tia UV chiếu trực tiếp vào bề mặt mẫu ván bóc điều kiện nhiệt độ phịng mơi trường khơng khí - Cường độ chiếu UV: Đèn UV công suất 90 Thời gian (h) 1 2 3 Thông số cố định Gỗ Bồ đề, kích thước ván bóc (dày x rộng x dài = x 10 x 30), môi trường xử lý (khơng khí), độ ẩm ván trước xử lý (12-15%), tiêu đánh giá (màu sắc ván) 40W, bước sóng 350 nm; khoảng cách từ đèn tới bề mặt mẫu khoảng 30 mm c Phương pháp biểu thị đo màu sắc ván bóc Hiện nay, phương pháp biểu thị màu sắc phổ biến áp dụng hệ thống màu CIELab (1976), hệ thống màu biểu thị thông qua số màu L*, a*, b* số chênh lệch màu Các số màu cách tính chênh lệch màu hình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 Cơng nghiệp rừng Hình Khơng gian màu CIELab (1976) Các số màu sắc ván bóc hệ thống màu CIELab (1976) tính sau: L* = L*ht - L*o a* = a*ht - a*o b* = b*ht - b*o E  L *2 a *2  b *2 C  a *2 b *2  a *  180 h  arctan   b*  Trong đó: L*o - độ sáng màu mẫu khơng xử lý; L*ht - độ sáng màu mẫu sau xử lý; a*o - số a* mẫu không xử lý; a*ht - số a* mẫu sau xử lý; b*o - số b* mẫu không xử lý; b*ht - số b* mẫu sau xử lý Các số L*, a*, b* đo máy đo màu sắc NF-333 đo điểm mẫu ván bóc để xác định giá trị trung bình, sau tính số màu theo công thức III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian xử lý nhiệt đến màu sắc ván bóc Gỗ sau xử lý nhiệt độ cao, màu sắc bị thay đổi Các kết nghiên cứu cho thấy, chất chiết xuất gỗ bị di chuyển bề mặt gỗ Một phần chất chiết xuất thoát khỏi gỗ tác dụng nhiệt độ cao, phần giữ lại bề mặt Ngồi ra, q trình xử lý nhiệt, hợp chất cao phân tử gỗ bị phân giải, tạo số hợp chất phân tử lượng thấp Các chất phân tử lượng thấp tạo chủ yếu tồn phía bề mặt gỗ, làm cho màu sắc gỗ thay đổi Thông thường chuyển từ màu sáng sang màu sẫm, gần với màu sắc số loài gỗ quý Trong nghiên cứu này, ván bóc gỗ Bồ đề xử lý nhiệt độ từ 170oC đến 190oC thời gian từ đến mơi trường khơng khí nhằm tạo ván bóc có màu sắc sẫm so với ván chưa xử lý để làm nguyên liệu sản xuất ván lạng kỹ thuật thay cho phương pháp nhuộm màu hóa chất thường dùng Kết xác định số màu sắc (L*, a*, b*) ván bóc sau xử lý nhiệt thể Phụ lục Với mục tiêu so sánh khác biệt màu sắc gỗ xử lý gỗ đối chứng, nghiên cứu thể giá trị độ sáng (L) chênh lệch màu tổng (E) ván bóc Hình giá trị độ sáng ván bóc chế độ xử lý nhiệt khác TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 91 Cơng nghiệp rừng Hình Độ sáng ván bóc sau với điều kiện xử lý khác Từ hình thấy, tất chế độ, màu sắc ván bóc gỗ Bồ đề xử lý nhiệt sẫm nhiều so với ván gỗ Bồ đề đối chứng (L* biến đổi từ khoảng 82 xuống 60 chế độ 170 oC, h thấp khoảng 40 chế độ 190oC, giờ) Để thể thay đổi màu sắc ván bóc trước sau xử lý, nghiên cứu sử dụng giá trị độ chênh lệch màu tổng E (hình 3) Hình Độ lệch màu tổng ván bóc xử lý chế độ khác Từ hình cho thấy, độ chênh lệch màu ván bóc xử lý nhiệt ván bóc đối chứng lớn, lên đến gần 50% Kết hoàn toàn tương đồng với nhiều kết nghiên cứu khác tiến hành xử lý nhiệt độ cao cho gỗ Nhằm làm rõ ảnh hưởng chế độ xử 92 lý đến thay đổi màu sắc ván bóc gỗ Bồ đề, nghiên cứu tiến hành phân tích số liệu số màu đo Sau áp dụng phương pháp so sánh trung bình mẫu thông số công nghệ (nhiệt độ, thời gian) với nhau, kiểm tra khác biệt phương pháp Tukey HSD, kết thu thể bảng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 Công nghiệp rừng Bảng So sánh trung bình mẫu chế độ xử Nhân tố Thời gian xử lý 1h-2h L* a* b* 9.0417* -0.4244* 2.5100* -8.4875* 2.1222* 3.1111* 1h-3h 11.9794* -0,05 4.0328* -11.1558* 3.6611* 3.8556* 2h-3h Nhiệt độ xử lý -2.9378* -0.3747* -1.5228* 2.6683* -1.5389* -0.7444* 170oC-180oC 3.8283* 0.2989* 1.6400* -3.4389* 1.6111* 0.9361* 170oC-190oC 190oC-180oC 9.0761* -5.2478* 0.3711* -0,07 3.4878* -1.8478* -8.3803* 4.9414* 3.3139* 1.7028* 2.5806* -1.6444* Từ kết so sánh trung bình mẫu cho thấy, hầu hết giá trị số màu ván bóc xử lý chế độ thí nghiệm với hai nhân tố nhiệt độ thời gian xử lý có khác biệt (thể dấu * bảng 1) Chứng tỏ, nhiệt độ thời gian xử lý có quan hệ đến thay đổi màu sắc ván bóc Độ bền màu ván bóc xử lý nhiệt chiếu tia UV Ván bóc sau xử lý nhiệt độ cao màu sắc thay đổi, thường chuyển từ màu sáng sang màu sẫm hơn, số chế độ xử lý ván bóc có màu sắc gần giống với màu sắc số loại gỗ quý Tuy nhiên, theo DeltaE C h số nghiên cứu, gỗ nói chung, gỗ xử lý nhiệt nói riêng sử dụng mơi trường chiếu sáng thường xun (có hàm lượng tia UV định) bị phai màu gỗ màu sẫm, bị sẫm màu gỗ màu nhạt Sau tiến hành xử lý chế độ khác (9 chế độ), nghiên cứu sử dụng ván bóc để kiểm tra mẫu ván bóc xử lý nhiệt với chế độ mang tính đại diện: nhiệt độ thay đổi từ 170 đến 190oC, thời gian trì Kết kiểm tra số màu sắc ván bóc gỗ Bồ đề chiếu tia UV thời gian 960 h thể hình từ đến Hình Biến đổi màu sắc chiếu tia UV mẫu ván đối chứng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 93 Cơng nghiệp rừng Hình Biến đổi màu sắc chiếu tia UV mẫu ván xử lý 170oC, 1h Hình Biến đổi màu sắc chiếu tia UV mẫu ván xử lý 180oC, 1h Hình Biến đổi màu sắc chiếu tia UV mẫu ván xử lý 190oC, 1h 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 Cơng nghiệp rừng Từ kết thí nghiệm cho thấy, độ sáng (L*) ván bóc sau chiếu tia UV thay đổi rõ, có tính quy luật Hơn chế độ xử lý nhiệt khác nhau, sau chiếu tia UV độ sáng (L*) ván bóc xử lý nhiệt thay đổi khác Cụ thể, với nhiệt độ xử lý nhiệt cao, độ sáng (L*) thay đổi nhiều Tuy nhiên, chế độ xử lý nhiệt, sau chiếu tia UV với bước sóng 350 nm, độ sáng ván bóc gần đạt trạng thái ổn định sau khoảng 300 h Gỗ sau xử lý nhiệt độ cao, lignin chịu tác động định dẫn đến thay đổi phần cấu trúc phân tử Theo nhiều kết nghiên cứu, gỗ, lignin thành phần chủ yếu chứa gốc phát màu, sau xử lý nhiệt độ cao, số lượng gốc phát màu bị giảm Ngồi ra, xử lý nhiệt cịn làm cho lignin xảy số liên kết ngang, làm hạn chế khả hoạt động nhóm chức phát màu, hạn chế biến đổi màu sắc ván bóc sau xử lý Điều giải thích sao, ván bóc đối chứng có độ chênh lệch màu (E) lớn so với ván bóc xử lý chế độ xử lý nhiệt chọn, độ chênh lệch màu ván đối chứng lớn lần so với ván sau xử lý nhiệt IV KẾT LUẬN - Qua kết thí nghiệm cho thấy, ván bóc gỗ Bồ đề bị thay đổi màu sắc sau xử lý nhiệt độ cao mơi trường khơng khí Khi tăng nhiệt độ xử lý, kéo dài thời gian xử lý màu sắc ván bóc chuyển sang sẫm so với ván bóc đối chứng (E biến đổi từ 30 đến 50) - Ván bóc gỗ Bồ đề xử lý nhiệt có độ bền màu tốt ván chưa xử lý chiếu tia UV Nhiệt độ xử lý cao, độ bền màu ván bóc cao - Từ kết nghiên cứu cho thấy, xử lý nhiệt độ cao, mức độ tạo màu sắc yêu cầu ván bóc dùng sản xuất ván lạng kỹ thuật Để đạt màu sắc theo yêu cầu, cần tiến hành phân tích lập mối quan hệ chế độ xử lý số màu sắc để làm sở dự đốn màu sắc ván bóc thay đổi thơng số xử lý nhiệt cho ván TÀI LIỆU THAM KHẢO Boonstra M (2008) A two-stage thermal modification of wood Ph.D Thesis, Henry Poincaré University Esteves B Pereira H (2009) Wood modification by heat treatment: A review Bioresources (1): 370-404 Hill Callum A S (2006) Wood Modification John Wiley & Sons, Chichester ThermoWood (2003) ThermoWood Handbook ThemoWood association EFFECT OF HEAT TREATMENT ON COLOR OF VENEER MADE FROM Styrax Tonkinensis WOOD Dang Xuan Thuc, Nguyen Van Thiet SUMMARY Heat treatment is an environmentally friendly wood protection method, which results in value added wood products such as dimension stability, wood color became darker etc In this study, the change in color of Styrax tonkinensis wood veneer by heat treatment (S tonkinensis wood veneer was heat-treated in air at 170oC-190o C, during 1-3h) was evaluated Moreover, the color stability of heat-treated wood veneer affter UV irradiation also was tested The results showed that the color of wood veneer examined by CIELab (1976) color system were significalty changed, and the color was darker with the increasing of heating time and temperature After the UV irradiation, the color of both heat-treated and untreated wood veneer were changed However, the total color change of heat-treated wood veneer was smaller than untreated wood veneer, and it almost was not varried after 300h of irradiation in both untreated and heat-treated samples Keywords: Color stability, coloring, heat treatment, Styrax tonkinensis wood, veneer Người phản biện Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng : TS Trịnh Hiền Mai : 10/4/2015 : 15/4/2015 : 09/6/2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 95