Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh 35 Effects of temperature and time of thermal modification on density and colour of Pinus insularis and Dacrycarpus imbricatus wood Hoa V Hoang1, Dung T T Ho1, &[.]
35 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Effects of temperature and time of thermal modification on density and colour of Pinus insularis and Dacrycarpus imbricatus wood Hoa V Hoang1 , Dung T T Ho1 , & Boi D Dang2 Research Center for Wood and Paper Technology, Nong Lam University, Ho Chi Minh City, Vietnam Ho Chi Minh City Foresty Association, Ho Chi Minh City, Vietnam ARTICLE INFO ABSTRACT Research Paper The Pinus kesiya and Podocarp (Dacrycarpus imbricatus) woods were obtained from the plantations of the Southeast region of Vietnam, with the initial humidity of 80 - 85% The wood was cut into boards with dimensions of 40 x 80 mm to 120 x 500 mm In this study, the Pinus kesiya and Podocarp woods were thermally treated at with high temperatures ranging from 161o C to 218o C and the duration from 7.5 h to 13 h The experiment results showed that the oven-dry density of pine and Bach tung tended to decrease when it was treated at high temperatures during long periods of time In particular, the density of Pinus kesiya and Podocarp woods decreased about 3.17 - 17.3% and 3.45 - 20.73%, respectively, compared with the control samples In the thermal modification process, under the effects of high temperature Pinus kesiya and Podocarp woods became darker than the modified wood Received: August 07, 2020 Revised: September 30, 2020 Accepted: October 23, 2020 Keywords Colour Dacrycarpus imbricatus Density Pinus kesiya Thermal modification ∗ Corresponding author Hoang Van Hoa Email: hoangvanhoa@hcmuaf.edu.vn Cited as: Hoang, H V., Ho, D T T., & Dang, B D (2020) Effects of temperature and time of thermal modification on density and colour of Pinus insularis and Dacrycarpus imbricatus wood The Journal of Agriculture and Development 19(5), 35-45 www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nông nghiệp Phát triển 19(5) 36 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian biến tính nhiệt đến khối lượng thể tích màu sắc gỗ Thơng ba (Pinus kesiya) gỗ Bạch tùng (Dacrycarpus imbricatus) Hoàng Văn Hịa1∗ , Hồ Thị Thùy Dung1 & Đặng Đình Bơi2 Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản, Giấy Bột Giấy, Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM, TP Hồ Chí Minh Hiệp Hội Khoa Học Lâm Nghiệp TP.HCM, TP Hồ Chí Minh THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Bài báo khoa học Gỗ Thông ba Bạch tùng thí nghiệm lấy từ rừng trồng miền Đông Nam Bộ, độ ẩm ban đầu khoảng 80 – 85% Gỗ gia công mẫu với quy cách dày x rộng x dài 40 mm x (80 - 120) mm x 500 mm Gỗ đưa vào xử lý biến tính nhiệt với nhiệt độ từ 161o C đến 218o C thời gian biến tính biến động từ 7,5 13 Ngày nhận: 07/08/2020 Ngày chỉnh sửa: 30/09/2020 Ngày chấp nhận: 23/10/2020 Từ khóa Biến tính nhiệt Gỗ Bạch tùng Gỗ Thông ba Khối lượng thể tích Màu sắc ∗ Kết nghiên cứu cho thấy khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ Thơng ba gỗ Bạch tùng có xu hướng giảm xử lý nhiệt độ cao thời gian dài Trong đó, khối lượng thể tích gỗ Thông ba Bạch tùng giảm khoảng 3,17 – 17,3% 3,45 – 20,73% so với gỗ khơng xử lý Trong q trình biến tính nhiệt, tác dụng nhiệt độ cao làm cho gỗ Thơng ba Bạch tùng có màu sắc sẫm Tác giả liên hệ Hồng Văn Hịa Email: hoangvanhoa@hcmuaf.edu.vn dùng giải pháp vật lý để xử lý cải thiện chất lượng gỗ Trong giải pháp đó, biến tính Hiện nay, gỗ từ rừng có tuổi sinh trưởng dài nhiệt hay xử lý nhiệt độ cao áp dụng ngày khan Đa số nguyên liệu gỗ sử đạt nhiều kết bật Gỗ biến tính dụng sản xuất đồ mộc xây dựng nhiệt nhiều quốc gia giới sản lấy từ rừng có tuổi sinh trưởng thấp Gỗ từ xuất với quy mơ cơng nghiệp (Hill, 2006) lồi mọc nhanh thời gian sinh trưởng Việc dùng nhiệt để biến tính gỗ khơng phải ngắn thường có tỉ lệ gỗ tuổi non cao, có phương pháp Thậm chí từ năm 1920, Tienhiều nhược điểm như: dễ biến màu, dễ mục, mann ra, sấy gỗ nhiệt độ cao khơng kích thước khơng ổn định sử dụng, Những làm giảm độ ẩm thăng mà giảm nhược điểm làm cho việc sản xuất sản độ dãn nở gỗ Đến năm 1937, Stamm & phẩm gỗ gặp khơng khó khăn, chí Hansen cho biết độ ẩm thăng bằng, độ co rút làm hạn chế phạm vi ứng dụng gỗ Vì vậy, dãn nở gỗ giảm xử lý nhiều việc nghiên cứu giải pháp phù hợp để xử lý mơi trường khác Điển năm 1973, nâng cao chất lượng loại gỗ vấn đề Rusche tiến hành biến tính nhiệt gỗ Thông cần thiết Những năm qua, giới ba Beech cho biết modul đàn hồi giảm có nước có nhiều cơng trình nghiên cứu ý nghĩa độ tổn hao khối lượng 8%, độ cơng bố như: sử dụng hố chất để xử lý gỗ, bền nén giảm 20% mức tổn hao khối lượng 1%, Đặt Vấn Đề Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 19(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn 37 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Bảng Miền thực nghiệm cho phương án quay bậc Box – Hunter Mức khoảng biến thiên Mức (*) Mức Mức sở Mức Mức (**) Khoảng biến thiên Giá trị mã hóa +α +1 -1 -α ∆ sau tăng đến 80% mức tổn hao khối lượng khoảng 10% Trong đó, độ bền kéo thay đổi khơng có ý nghĩa phạm vi mức tổn hao khối lượng nhỏ 10%, sau tăng mạnh Kết tương tự Bengtsson & ctv (2002) thực nghiên cứu xử lý thủy nhiệt gỗ Thông Spruce với kích thước lớn (45 x 145 x 4,500 mm) nhiệt độ 220o C Đến năm 2008, Bruno & ctv biến tính nhiệt gỗ Thơng (Pine) lò từ đến 24 giờ, nhiệt độ 170 - 200o C đưa kết luận: độ tổn hao khối lượng tăng theo thời gian nhiệt độ xử lý, hiệu chống giãn nở tăng 35%, độ bền uốn modul đàn hồi giảm nhiệt độ thời gian xử lý tăng Do đó, gỗ biến tính nhiệt đạt độ ổn định kích thước, khả chống nấm, côn trùng giảm khả hút ẩm (hygrocopicity) Ngoài ra, độ dẻo dai (toughness), độ bền uốn tĩnh (MOR) tính chống mài mịn gỗ giảm Q trình biến tính góp phần làm sẫm màu gỗ Biến tính nhiệt xảy nhiệt độ lớn 180o C nhỏ 260o C Nhiệt độ 300o C không tiến hành tính chất gỗ biến đổi q nhiều Các nghiên cứu sau Hamiyet (2010), Vasiliki & ctv (2014), Vasiliki & Panagiotis (2015) biến tính nhiệt gỗ Thông đưa kết tương tự Gỗ Thông ba (Pinus kesiya) gỗ Bạch tùng (Dacrycarpus imbricatus) hai loài gỗ đặc trưng khu vực phía Nam Việt Nam, với trữ lượng lớn Hiện tại, hai loài gỗ sử dụng nhiều sản xuất đồ gỗ thông dụng Tuy nhiên, khơng qua xử lý, lồi gỗ tồn nhược điểm cố hữu gỗ rừng trồng nói chung Giá trị thực thơng số X1 (T) X2 (t) o Nhiệt độ ( C) Thời gian (giờ) 218 13 210 12 190 10 170 161 7,5 20 nghệ xử lý phù hợp cho hai lồi gỗ Thơng ba Bạch tùng Vật Liệu Phương Pháp Nghiên Cứu 2.1 Vật liệu Gỗ Thơng ba gỗ Bạch tùng thí nghiệm lấy từ rừng trồng miền Đông Nam Bộ, gỗ tươi sau chặt hạ, tiến hành gia công xẻ ngay, độ ẩm khoảng 80 - 85% Gỗ gia công mẫu với quy cách dày x rộng x dài 40 mm x (80 120) mm x 500 (mm) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Các thông số đầu vào đầu thí nghiệm Căn kết nghiên cứu thăm dị nhóm tác kết nghiên cứu trước đây, nghiên cứu tiến hành lựa chọn thơng số thí nghiệm sau: Nhóm yếu tố đầu vào: Các thơng số đầu gồm có nhiệt độ thời gian Trong đó, nhiệt độ biến động khoảng 161 - 218o C thời gian biến động khoảng 7,5 - 13 Nhóm yếu tố đầu ra: Thơng số đầu chọn để đánh giá khối lượng thể tích khơ kiệt màu sắc gỗ tương ứng với chế độ biến tính 2.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Trong nghiên cứu chọn phương án quy hoạch thực nghiệm bậc bất biến quay Box Nghiên cứu này, áp dụng phương pháp biến Hunter để nghiên cứu yếu tố cơng nghệ tính nhiệt để tiến hành xử lý đánh giá ảnh Căn lý thuyết tổng hợp kết thí hưởng điều kiện xử lý đến khối lượng thể tích nghiệm thăm dị, miền thực nghiệm lập màu sắc gỗ Thông ba Bạch tùng, Bảng sở làm để lựa chọn thơng số cơng www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nông nghiệp Phát triển 19(5) 38 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Đồ thị biểu diễn q trình biến tính thí nghiệm a0 , b0 , l0 : Chiều dày, chiều rộng, chiều dài mẫu đo trạng thái khô kiệt, đơn vị cm Q trình xử lý biến tính (ThermoWood , m0 : Khối lượng mẫu trạng thái khô kiệt, đơn 2003) tóm tắt sau: vị g Giai đoạn 1: Tăng nhiệt độ sấy nhiệt độ cao Giai đoạn tăng nhiệt độ nhanh từ 35o C 2.2.5 Phương pháp biểu thị đo màu sắc gỗ đến 100o C, sau tăng nhiệt độ chậm đến 135o C Các số màu sắc gỗ Thông ba Bạch Tổng thời gian thực giai đoạn sấy nhiệt độ tùng hệ thống màu CIELab (1976) cao tính sau: Giai đoạn 2: Biến tính Tiếp tục tăng nhiệt độ ∆L∗ = L∗ht - L∗o lên đến nhiệt độ cần xử lý trì thời gian ∆a∗ = a∗ht - a∗o theo kế hoạch thực nghiệm (Bảng 1) ∆b∗ = b∗ht - b∗o Giai đoạn 3: Điều hịa làm nguội gỗ p 2 Tiến trình biến tính gỗ thực sơ ∆E = ∆L∗ + ∆a∗2 + ∆b∗ đồ Hình Trong đó: L∗o : Độ sáng màu mẫu không xử lý 2.2.4 Phương pháp xác định khối lượng thể tích khơ kiệt L∗ht : Độ sáng màu mẫu sau xử lý a∗o : Chỉ số a∗ mẫu không xử lý Mẫu xác định khối lượng thể tích khơ kiệt có a∗ht : Chỉ số a∗ mẫu sau xử lý kích thước 20 x 20 x 30 (mm) (VNS, 2009) Khối b∗o : Chỉ số b∗ mẫu không xử lý lượng thể tích khơ kiệt gỗ tính theo cơng b∗ht : Chỉ số b∗ mẫu sau xử lý thức sau: ∆E: Độ lệch màu sắc màu sắc m0 ρ= Các số L∗ , a∗ , b∗ đo máy đo màu a0 × b0 × l0 sắc, đo điểm mẫu gỗ Thơng ba Trong đó: gỗ Bạch Tùng để xác định giá trị trung bình, ρ: Khối lượng thể tích khơ kiệt, đơn vị g/cm3 sau tính số màu theo công thức 2.2.3 Phương pháp xử lý biến tính ® Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 19(5) www.jad.hcmuaf.edu.vn 39 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Quan hệ khối lượng thể tích khô kiệt gỗ Thông ba chế độ xử lý Kết Quả Thảo Luận 2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu Số liệu thu thập trình thí nghiệm, 3.1 Ảnh hưởng q trình biến tính nhiệt sau loại bỏ sai số thơ, xử lý máy vi đến khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ Thơng ba tính phần mềm STATGRAPHICS – VERS 7.0 phần mềm EXCEL để xác định hệ số Kết xác định khối lượng thể tích khơ kiệt hồi quy, phân tích phương sai, thiết lập hàm hồi quy biểu diễn quan hệ yếu tố độc lập yếu tố gỗ Thông ba sau biến tính mơ hình phương án bậc hai thể Hình phụ thuộc Từ Hình cho thấy khối lượng thể tích khơ kiệt 2.2.7 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm gỗ Thơng ba biến tính nhiệt có xu hướng giảm nhẹ khoảng 3,17 – 17,3% so với gỗ Nghiên cứu thực với thiết bị Thơng ba khơng xử lý Nhìn chung, xử lý phịng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu Chế chế độ nhiệt độ cao, thời gian dài biến Lâm sản, Giấy & Bột giấy gồm: tủ sấy hiệu khối lượng thể tích giảm mạnh OF – 22 (Hàn Quốc) với độ xác 1o C, Phương trình tương quan hàm khối lượng o nhiệt độ tối đa 300 C, kích thước khoang chứa thể tích sau loại bỏ hệ số hồi quy khơng vật liệu thí nghiệm 460 x 550 x 590 (mm); đảm bảo độ tin cậy có dạng sau: cân kỹ thuật hiệu TE – 612 (Đức) với độ y1 = 0,5720 – 0,0309x1 – 0,0068x2 – 0,0036x21 xác đến 0,01g; Máy đo màu CR-400 (Chroma Meter CR – 400) với thời gian đo giây vùng đo (khẩu độ): φ8 mm ± ± www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 19(5) 40 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Quan hệ khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ Bạch tùng chế độ xử lý Bảng Độ lệch màu gỗ Thông ba trước sau biến tính nhiệt chế độ khác STT Chế độ xử lý 10 Đối chứng 161o C – 10 170o C – 170o C – 12 190o C – 7,5 190o C – 10 190o C – 13 210o C – 210o C – 12 218o C – 10 Trung bình L∗ a∗ 78,64 5,08 75,24 6,99 73,88 7,84 71,15 8,27 69,27 8,82 67,86 9,33 65,19 10,25 59,76 11,74 57,71 13,01 54,05 13,14 số màu b∗ ∆E 28,97 0,00 32,40 5,19 33,10 6,88 33,34 9,24 33,73 11,16 34,04 12,65 34,28 15,36 34,33 20,73 34,45 23,04 34,48 26,46 xu hướng giảm nhẹ khoảng 3,45 – 20,73% so với gỗ đối chứng Nhìn chung, tương tự gỗ Thông ba lá, gỗ Bạch tùng xử lý chế độ nhiệt độ cao, thời gian dài khối Kết xác định khối lượng thể tích khơ kiệt lượng thể tích giảm gỗ Bạch tùng sau biến tính mơ hình Phương trình tương quan hàm khối lượng phương án bậc hai thể Hình thể tích sau loại bỏ hệ số hồi quy không 3.2 Ảnh hưởng q trình biến tính nhiệt đến khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ Bạch tùng Từ Hình cho thấy khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ Bạch tùng xử lý biến tính nhiệt có Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 19(5) đảm bảo độ tin cậy có dạng sau: y2 = 0,4964 – 0,0332x1 – 0,0009x2 – 0,0033x1 x2 www.jad.hcmuaf.edu.vn 41 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Biểu đồ quan hệ L∗ , a∗ , b∗ gỗ Thông ba trước sau biến tính nhiệt – 0,0056x21 – 0,0043x22 (mẫu chưa xử lý) tăng lên 34,48 (218o C - 10 giờ) ánh sáng xanh lớn dần Độ lệch màu ∆E thay đổi o o 3.3 Ảnh hưởng q trình biến tính nhiệt lớn từ 5,19 (161 C - 10 giờ) lên 26,46 (218 C - 10 đến thay đổi màu sắc gỗ Thơng ba giờ) (Hình 6) trước sau biến tính nhiệt Kết xác định số màu sắc gỗ Thông qua chế độ biến tính nhiệt khác thể Bảng 3.4 Ảnh hưởng q trình biến tính nhiệt đến thay đổi màu sắc gỗ Bạch tùng trước sau biến tính nhiệt Kết xác định số màu sắc gỗ Từ số liệu trình bày Bảng 2, chúng tơi tiến hành xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ Bạch tùng qua chế độ biến tính nhiệt khác số màu sắc L∗ , a∗ , b∗ độ lệch màu ∆E thể Bảng chế độ biến tính nhiệt thể Từ số liệu trình bày Bảng 3, chúng tơi tiến Hình hành xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ ∗ ∗ ∗ Từ bảng đồ thị Hình thấy số màu sắc L , a , b độ lệch màu ∆E nhiệt độ thời gian xử lý tăng độ sáng chế độ biến tính nhiệt thể màu gỗ L∗ biến tính nhiệt giảm (tức Hình gỗ sẫm màu), số a∗ thể ánh sáng Từ Bảng đồ thị Hình thấy đỏ (Red) tăng, số b∗ thể ánh sáng nhiệt độ thời gian xử lý tăng độ sáng xanh (Green) tăng nên độ lệch màu ∆E thay màu gỗ L∗ biến tính nhiệt giảm (tức đổi Cụ thể độ sáng (L∗ ) giảm từ 78,64 (mẫu gỗ sẫm màu), số a∗ thể ánh sáng chưa xử lý) xuống 54,05 (218o C - 10 giờ), đỏ (Red) tăng, số b∗ thể ánh sáng số a∗ thay đổi từ 5,08 (mẫu chưa xử lý) tăng lên xanh (Green) tăng nên độ lệch màu ∆E thay 13,14 (218o C - 10 giờ), số b∗ thay đổi từ 28,47 đổi Cụ thể độ sáng (L∗ ) giảm từ 72,94 (mẫu www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 19(5) ... Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian biến tính nhiệt đến khối lượng thể tích màu sắc gỗ Thông ba (Pinus kesiya) gỗ Bạch tùng (Dacrycarpus imbricatus) Hồng Văn Hịa1∗ , Hồ... chung, tương tự gỗ Thông ba lá, gỗ Bạch tùng xử lý chế độ nhiệt độ cao, thời gian dài khối Kết xác định khối lượng thể tích khơ kiệt lượng thể tích giảm gỗ Bạch tùng sau biến tính mơ hình Phương... nghiên cứu cho thấy khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ Thông ba gỗ Bạch tùng có xu hướng giảm xử lý nhiệt độ cao thời gian dài Trong đó, khối lượng thể tích gỗ Thơng ba Bạch tùng giảm khoảng 3,17