Nghiên cứu ảnh hưởng của axit boric đến một số tính chất của gỗ keo lá tràm bằng phương pháp thủy nhiệt

Lời cảm ơn Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn NGUT PGSTS Phạm Văn Chương tập thể thầy cô giáo khoa chế biến Lâm sản, trường Đại học Lâm Nghiệp tận tình giúp đỡ bảo tơi q trình học tập hoàn thành luận văn Qua xin chân thành cảm ơn TTCG công nghệ CNR, phịng thí nghiệm thử tính chất học vật lý gỗ tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 12 tháng năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Huyền ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, gỗ mọc nhanh, rừng trồng trồng nhiều nước giới xu hướng nghiên cứu biến tính theo hướng thay đổi tính chất gỗ có lợi cho người sử dụng cần thiết Bên cạnh ưu điểm gỗ rừng trồng sinh trưởng nhanh, có khả tái sinh tự nhiên tốt song gỗ mềm, nhẹ, tỷ trọng thấp nhiều so với số lồi gỗ rừng tự nhiên Vì cần có biện pháp nhằm khắc phục nâng cao chất lượng gỗ Biến tính q trình tác động hoá học, học, nhiệt học đồng thời làm thay đổi lại cấu trúc gỗ mà chủ yếu tác động vào nhóm hydroxyl Biến tính nhằm mục đích khắc phục, thay đổi số tính chất gỗ như: tính chất vật lý, tính chất học, tính chất sinh học, tính chậm cháy, đặc tính cơng nghệ gỗ Từ khía cạnh em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ axit boric đến số tính chất gỗ Keo tràm phương pháp thủy nhiệt” CHƢƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.1.1 Trên giới Axit boric lần sử dụng Wilhelm Homberg (1652-1715) từ borax, tác động axit khoáng sản, đặt tên sal sedativum Hombergi ("thuốc an thần muối Homberg") Tuy nhiên Borat, bao gồm axit boric, sử dụng kể từ thời người Hy Lạp để làm sạch, bảo quản thực phẩm, hoạt động khác Qingwen Wang, Jian Li, Jerrold E.Winandy (2004), nghiên cứu chế kháng cháy hỗn hợp boric- borax Hỗn hợp Bo thành phần chất chống cháy cho gỗ, vật liệu cellulose khác, có lịch sử sử dụng lâu dài, rộng rãi Borax có xu hướng giảm lây lan lửa, thúc đẩy cháy âm ỉ phát sang Mặt khác boric ngăn chặn phát sang có tác dụng lan truyền lửa Năm 1953, Anon đưa số chất chống cháy vơ cơ, như: chất chống cháy nhóm Bo, hợp chất kim loại Axits Boric sử dụng nhiều bảo quản gỗ thành phần hóa học có chứa chất độc gây hại cho trùng, có khả chống mối mọt, nấm mốc 1.1.2 Ở Việt Nam Nhiều đề tài tốt nghiệp nghiên cứu biến tính gỗ hợp chất Bo đề cập đến vấn đề bảo quản gỗ, có kiểm tra tính chất gỗ sau xử lý kiểm tra khả chống cháy tính chất vật lý như: - Nguyễn Tuấn Anh (2001), Nghiên cứu mối quan hệ lượng thuốc thấm với áp lực tẩm độ ẩm gỗ Keo lai phương pháp chân không – áp lực - Đỗ Thị Thu Hằng (2002), Ảnh hưởng nồng độ dung dich thuốc B – B đến chiều sâu thấm thuốc phương pháp khuếch tán gỗ Keo tai tuợng - Tống Thị Phượng (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ nồng độ thuóc bảo quản BB đến số tính chất vật lý chủ yếu Luồng - Vũ Thị Hương Giang (2004), Ngiên cứu ảnh hưởng nồng độ thời gian tẩm hóa chất B – B đến lượng thuốc thấm, độ bền khả chống cháy ván LVL - Ngô Quang Nam (2004), Đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian tẩm chất chống cháy Boric – Borat đến khả chống cháy gỗ Biến tính cho gỗ hợp chất Boric có số ưu điểm là: tăng khả chống cháy, khả bảo quản chống nấm mốc độc hại Tuy nhiên, biến tính gỗ ảnh hưởng đến tính chất học, vật lý đặc tính cơng nghệ gỗ Hiện có nhiều nghiên cứu axit Boric dừng lại tác dụng bảo quản gỗ chưa đề cập nhiều đến tác dụng chậm cháy cho gỗ Boric 1.2 Tình hình nghiên cứu biến tín gỗ phƣơng pháp thủy nhệt 1.2.1 Trên giới Trong năm gần đây, việc xử lý nhiệt cho gỗ có khả làm thay đổi số tính chất gỗ nghiên cứu nhiều giới Inga JUODEIKIENĖ (2009) nghiên cứu ảnh hưởng xử lý nhiệt đến cường độ nén uốn tĩnh gỗ Thông Các mẫu sấy khô 60, 80, 100 1200C với thời gian 24, 48, 72 96 Kết cường độ uốn tĩnh gỗ Thông xử lý nhiệt thời gian giảm xuống so với gỗ ban đầu Sau làm nóng nhiệt độ 600C cường độ uốn tĩnh giảm từ 5,13% - 9,0% so với gỗ chưa xử lý Đối với mẫu đun nóng nhiệt độ 800C với thời lượng khác (từ 24 lên đến 96 giờ) cường độ uốn giảm từ 5,88% - 10,03% Sau làm nóng nhiệt độ 1000C cường độ uốn giảm từ 5,73% - 12,52% nhiệt độ 1200C cường độ uốn giảm từ 11,46% đến 13,73% Cường độ nén vng góc với thớ gỗ sau làm nóng 600C giảm khoảng 2,2% - 4,7%, 800C 4,6% - 12,7 %, 1000C 6,5% - 8,0% 1200C giảm từ 2,5% xuống 10% Sau làm nóng 600C, 800C, 1000C 1200C làm tăng cường độ nén song song với thớ gỗ tương ứng 6% -14,5%, 8% - 18,3%, 0,1% 11,7% 2% - 7,4% Những kết nhiều thay đổi đáng kể đạt q trình làm nóng nhiệt độ 600C 800C làm nóng thời gian 96 Sự gia tăng cường độ nén song song với thớ gỗ liên quan đến việc thay đổi kết cấu gỗ Phá hủy hệ hemixenluloza sớm so với cellulose lignin Sự xuống cấp hemicelluloses từ chuỗi dài chuỗi thành chuỗi ngắn hơn, có khả chịu nén song song với thớ gỗ tốt Song cường độ uốn cường độ nén vng góc với thớ gỗ giảm Behbood Mohebby, Ibrahim Sanaei (2005) nghiên cứu ảnh hưởng xử lý thuỷ nhiệt đến tính chất vật lý gỗ Sồi (Fagus orientalis) Mẫu xử lý 160, 180 2000C 4, Kết cho thấy trương nở giảm, hấp thụ nước tăng lên gỗ khối lượng bị giảm nhẹ Militz, 2002 xử lý nhiệt cho gỗ nhằm nâng cao tính chất khác nó, chẳng hạn chống thấm nước, ổn định kích thước, hệ số chống trương nở (ASE), chống tia UV Kamdem cộng (2002) xử lý nhiệt tăng sức đề kháng sinh học gỗ chống nấm thối Kamdem et al (2002) cho việc xử lý nhiệt gỗ giảm môđun đàn hồi (MOR) khoảng 10 - 50% Nghiên cứu xử lý tăng nhiệt độ thời gian tăng môđun đàn hồi gỗ Sồi giảm xuống Allen cộng (2002) nghiên cứu biến đổi thành phần hóa học vân sam (Picea abies) tác dụng nhiệt xử lý nhiệt làm giảm hemicelluloses, phân hủy cellulose lignin không đáng kể Yildiz et al (2002) nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến hệ số chống trương nở (ASE) gỗ Sồi Chế độ xử lý nhiệt độ 1800C với mức thời gian 2, 10 sau thực chu kỳ ngâm sấy Kết thu hệ số ASE đặt khoảng 47,64% 1.2.2 Trong nƣớc Nguyễn Tất Thắng (2004), nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ thời gian tẩm U – F (Ure – Formaldehyde) đến chất lương gỗ biến tính Thời gian xử lý từ – ngày, nồng độ U – F từ 10 – 30% Kết làm cho khả co rút gỗ giảm Còn tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến, khối lượng thể tích,ứng suốt ép dọc thớ ứng suất uốn tĩnh có xu hướng tăng lên nồng độ nằm khoảng 10 – 25% Nhưng nồng độ tăng từ 25 – 30% tính chất giảm xuống Nguyễn Đức Thịnh (2006), nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ thời gian ngâm tẩm nhựa novolak đến số tiêu chất lượng gỗ biến tính Kết nghiên cứu cho thấy: khả uốn tĩnh, khả nén dọc gỗ Bồ đề sau xử lý có hướng tăng khả co rút khả dẫn nở giảm tăng nồng độ kéo dài thời gian xử lý Vũ Văn Toản (2005), nghiên cứu khả biến tính tăng cường độ cứng cho gỗ Cao su làm nguyên liệu sản xuất ván sàn Sau tiến hành xử lý gỗ Cao su dung dịch nhựa styrene màu sắc gỗ khơng bị thay đổi, hạn chế co rút dãn nở, làm tăng cường tính chất lý gỗ Nguyễn Đình Tuyến (2005), nghiên cứu khả biến tính tăng cường độ cứng cho gỗ thông Mã vĩ làm nguyên liệu sản xuất ván sàn Sau tiến hành xử lý gỗ thông Mã vĩ dung dịch nhựa styrene khắc phục tính co rút dãn nở gỗ, tính chất lý cải thiện Nguyễn Thị Thu Hà (2004), nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ, thời gian tẩm nhựa Polyurethane (P – U) đến chất lượng gỗ biến tính Sau tiến hành xử lý gỗ Keo tràm P – U với cấp nồng độ – – – – 11% thời gian từ – ngày làm tăng khối lượng thể tích, chống xâm nhập nắm mốc, hạn chế co rút dãn nở… Nguyễn Thị Thanh Hải (2005), nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ, thời gian tẩm Urea đến số tiêu chất lượng gỗ biến tính Kết thu tỷ lệ co rút dãn nở gỗ xử lý Urea sau qua nén ép giảm, tính chất học tăng, khối lượng thể tích tăng, độ bám dính màng phủ P – U lên bề mặt tốt hơn… Lê Ngọc Phước, Nguyễn Văn Thoại (2010), nghiên cứu ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến tính chất gỗ biến tính DMDHEU dùng để phủ mặt ván sàn gỗ công nghiệp Kết nghiên cứu cho thấy thời gian ngâm tẩm hóa chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất ván sàn Độ mài mòn, độ bong tách màng keo độ võng uốn ván xử lý giảm so với ván khơng xử lý mức độ giảm có tính quy luật Khối lượng thể tích ván sàn thay đổi không đáng kể qua chế độ xử lý 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Xác định ảnh hưởng nồng độ axit boric đến số tính chất gỗ Keo tràm phương pháp biến tính thủy nhiệt: Khối lượng thể tích, khả giãn nở, hệ số chống hút nước, độ bền uốn tĩnh, độ bền nén dọc thớ , khả chậm cháy 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Yếu tố cố định Nguyên liệu: gỗ sử dụng đề tài gỗ Keo tràm có độ tuổi:12 tuổi Độ ẩm gỗ trước tẩm: MC = 10 ± 2% Hóa chất: axit boric Phương pháp: thủy nhiệt Thời gian luộc mẫu: (h) Nhiệt độ luộc: 1000C Thời gian sấy mẫu sau luộc: (h) Nhiệt độ sấy: 1000C Thời gian sấy: (h) 1.4.2 Yếu tố thay đổi Nồng độ hóa chất: 2.5%, 5%, 7.5%, 10% 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Phƣơng pháp kế thừa Kế thừa kết nghiên cứu có trước vật dán Keo tràm, kế thừa thông tin 1.5.2 Phƣơng pháp thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm phương pháp tạo mẫu kiểm tra mẫu theo tiêu chuẩn 1.5.2.1 Tiêu chuẩn tiêu đánh giá mẫu a, Kiểm tra khối lượng thể tích Tiêu chuẩn kiểm tra: Kiểm tra khối lượng thể tích kiểm tra theo TCVN 8048-2:2009 Kích thước mẫu: mẫu đươc kiểm tra theo kích thước: Dài×rộng×dày = 30×20×20 (mm) Dung lượng mẫu kiểm tra: 10 mẫu/ series Dụng cụ: Máy đo độ ẩm, cân điện tử độ xác ±0.1 (g), thước đo điện tử Quy trình: Mẫu đặt vào tủ sấy tăng dần nhiệt độ Nhiệt độ cuối 100 ± 50C khô hồn tồn Để xác định trạng thái khơ hồn tồn, ta cân mẫu để kiểm tra, khối lượng lần cân liên tiếp cách 2h lệch khơng q 0,01g dừng sấy, thời điểm mẫu coi khô kiệt Mẫu khô kiệt đưa vào bình hút ẩm làm nguội, sau cân khối lượng m0 (g) Dùng thước kẹp đo kích thước chiều mẫu, từ tính thể tích V0 (cm3) Khối lượng thể tích gỗ xác định theo công thức: K  m0 (g/cm3) (1-1) V0 Trong đó:  K - Khối lượng thể tích gỗ (g/cm3) m0 - Khối lượng gỗ khơ kiệt (g) V0 - Thể tích gỗ khơ (cm ) b, Kiểm tra hệ số trương nở (ASE), Hệ số thấm thuốc (WPG) , Hệ số chống hút nước ( WRE ), lượng thuốc thấm (WPG) ( %) Tiêu chuẩn kiểm tra: Kiểm tra hệ số trương nở, hệ số chống hút nước kiểm tra theo ASTMD4446-08 Kích thước mẫu: mẫu đươc kiểm tra theo kích thước: Dài×rộng×dày = 30×20×20 (mm) Dung lượng mẫu kiểm tra: 10 mẫu/ series Dụng cụ: Máy đo độ ẩm, cân điện tử độ xác ±0.1 (g), thước đo điện tử Quy trình: Mẫu sau ngâm 24h đo kích thước chiều mẫu sau ngâm sau đặt vào tủ sấy tăng dần nhiệt độ Nhiệt độ cuối 100 ± 50C khơ hồn tồn sấy thời gian 6h Để xác định trạng thái khơ hồn toàn, ta cân mẫu để kiểm tra, khối lượng lần cân liên tiếp cách 2h lệch khơng q 0,01g dừng sấy, thời điểm mẫu coi khơ kiệt Mẫu khơ kiệt đưa vào bình hút ẩm làm nguội, sau ta đo kích thước mẫu sau sấy Dùng thước kẹp đo kích thước chiều mẫu, từ tính thể tích V0 (cm3) Lặp lại liên tiếp bảy lần Từ ta tính đươc ASE WRE, WPG theo công thức: Hệ số trương nở (ASE ) tính sau: ASE  a c  at 100% ac (1-2) Trong đó: ac: Tỷ lệ trương nở thể tích gỗ chưa xử lý at : Tỷ lệ trương nở thể tích gỗ qua xử lý Hệ số chống hút nước (WRE) tính sau: WRE  Tc  Tt 100% Tc Trong đó: (1-3) Tc: Tỷ lệ hút nước gỗ chưa xử lý Tt : Tỷ lệ hút nước thể tích gỗ qua xử lý 3.3.3 Kiểm tra hệ số hút nƣớc Bảng 3.7 Kết kiểm tra WRE Nồng độ Đặc trưng thống kê Chế độ xử lý (%) Đối Xtb s S% P% C(95%) chứng CĐ1 2,5 23,42 1,93 1,68 1,68 1,76 CĐ2 39,06 8,23 4,30 3,18 2,80 CĐ3 7,5 52,91 3,11 1,62 1,20 1,06 CĐ4 10 62,67 1,65 1,43 1,44 1,50 Phương trình tương quan: Y = 6,193X + 4,646 Hệ số tương quan: R = 0,98 Hình 3.3 Biểu đồ quan hệ nồng độ WRE Ảnh hưởng nồng độ đến hệ số chống hút nước (Mpa) Hệ số chống hút nước (%) 70 60 50 đường thực nghiệm đường lý thuyết 40 30 20 2.5 7.5 Nồng độ (%) 34 10 3.3.4 Kiểm tra hàm lƣợng chất tích tụ gỗ Bảng 3.8 Kết kiểm tra WPG Nồng Chế độ độ Đặc trưng thống kê xử lý (%) Xtb s S% P% C(95%) Đối chứng CĐ1 2,5 3,55 0,36 10,03 3,79 0,30 CĐ2 4,48 0,08 1,73 0,65 0,07 CĐ3 7,5 5,14 0,42 8,12 3,07 0,36 CĐ4 10 5,40 0,38 7,11 2,69 0,33 Phương trình tương quan: Y = 0,495X + 1,236 Hệ số tương quan: R = 0,89 Biểu 3.4 Biểu đồ quan hệ nồng độ hàm lƣợng chất tích tụ Ảnh hưởng nồng độ đến hàm lượng chất tích tụ gỗ (% ) hàm lượng chất tích tụ (%) đường lý thuyết 3.55 4.48 5.14 5.4 đường thực nghiệm 2.4735 3.711 4.9485 6.186 0 2.5 7.5 10 nồng độ (%) 35 3.4.5 Kiểm tra độ bền nén dọc thớ Bảng 3.9 Kết kiểm tra độ bền nén, MPa Nồng độ Đặc trưng thống kê Chế độ xử lý (%) Xtb s S% P% C(95%) 61,63 2,80 4,54 1,44 2,00 CĐ1 2,5 63,67 1,34 2,10 0,66 0,95 CĐ2 69,10 2,74 3,97 1,26 1,96 CĐ3 7,5 68,77 3,39 4,93 1,56 2,42 CĐ4 10 73,57 3,91 5,32 1,68 2,80 Đối chứng Phương trình tương quan: Y = 1.155X + 61.588 Hệ số tương quan : R = 0.96 Hình 3.5 Biểu đồ quan hệ nồng độ độ bền nén dọc thớ Ảnh hưởng nồng độ đến độ bền nén dọc thớ (MPa) Độ bền nén dọc thớ (MPa) 75 70 đường thực nghiệm đường lý thuyết 65 60 2.5 7.5 Nồng độ 36 10 3.3.6 Độ bền uốn tĩnh Bảng 3.10 Khả uốn tĩnh độ Đặc trưng thống kê Nồng Chế độ xử lý (%) Xtb s S% P% C(95%) 94,00 4,19 4,45 1,41 2,99 CĐ1 2,5 82,64 3,43 4,15 1,31 2,45 CĐ2 78,05 2,05 2,62 0,83 1,46 CĐ3 7,5 75,64 2,54 3,35 1,06 1,81 CĐ4 10 73,58 1,99 2,70 0,86 1,42 Đối chứng Phương trình tương quan: Y = -1,9136X + 90,35 Hệ số tương quan : R = 0,93 Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ nồng độ độ bền uốn Ảnh hưởng nồng độ đến độ uốn tĩnh (MPa) Độ bền uốn tĩnh (MPa) 100 90 đường thực nghiệm đường lý thuyết 80 70 2.5 7.5 Nồng độ (%) 37 10 3.3.7 Khả chậm cháy Bảng 3.11 Kết kiểm tra tỷ lệ tổn thất khối lượng đốt, % Thời gian Đặc trưng thống kê Chế độ xử lý, Xtb s S% P% C(95%) Đối chứng 17,38 1,72 9,90 4,43 2,13 CĐ1 2,5 7,26 0,84 11,04 4,17 0,72 CĐ2 6,31 0,65 10,35 3,91 0,56 CĐ3 7,5 5,58 0,66 11,37 4,30 0,57 CĐ4 10 5,00 0,45 8,90 3,36 0,38 Phương trình tương quan: Y = -1,057X + 13,594 Hệ số tương quan: R = 0,81 Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ nồng độ tỉ lệ tổn thất khối lượng Ảnh hưởng nồng độ đến tỉ lệ tổn thất khối lượng (g) Tỉ lệ tổn thất khối lượng (g) 20 15 đường thực nghiệm 10 đường lý thuyết 0 2.5 7.5 10 Nồng độ (%) Kết luận: Khi nồng độ dung dịch chống cháy tăng, hao tổn khối lượng mẫu thử giảm theo, chứng tỏ hiệu nồng độ chất chống cháy có ảnh hưởng đến tính cháy mẫu thử Kết đối chứng cho thấy hao tổn khối lượng mẫu xử lý chống cháy giảm 38 khoảng 50% so với mẫu khơng xử lý chống cháy Bảng 3.12 Kết xác định tính bốc cháy mẫu theo chế độ Hệ thống Nồng độ lượng nhiệt Chế độ Mẫu cung cấp cho (%) mẫu thử K, kW/m2 (0C) Đối chứng 15 (532) Sự thay đổi trạng thái mẫu thử Kết luận Bốc cháy thời gian thử theo tiêu chuẩn (sau phút) Mẫu gỗ xếp vào nhóm BC3- dễ bốc cháy Mẫu gỗ xếp 1 2.5 25 (667) 25 (667) 25 (667) vào nhóm phút thử BC2- Bơc Bốc cháy sau vào nhóm phút thử BC2- Bôc cháy vừa phải Bốc cháy 10 Bốc cháy sau Mẫu gỗ xếp BC2- Bôc cháy vừa phải 7.5 phút thử Mẫu gỗ xếp vào nhóm cháy vừa phải Bốc cháy sau 25 (667) sau phút thử 3.4 Phân tích, đánh giá kết thực nghiệm Kiểm tra khối lượng thể tích 39 Mẫu gỗ xếp vào nhóm BC2- Bơc cháy vừa phải Nhận xét: Qua bảng số liệu (3.5) hình (3.1) ta thấy gỗ sau xử lý với hóa chất có khối lượng thể tích lớn gỗ khơng xử lý với hóa chất Nồng độ hóa chất tăng khối lượng thể tích gỗ tăng, tăng khơng mạnh Nguyên nhân: Khi ta xử lý gỗ với axit Boric phương pháp thủy nhiệt khối lượng thể tích gỗ tăng axít Boric hợp chất vơ háo nước khó tan nước lạnh có nhiệt độ thúc q trình thấm dung dịch vào gỗ cách nhanh Axit Boric tăng khả hút nước tăng làm cho thành phần gỗ trương nở, hóa chất lấp đầy lỗ hổng vách tế bào trình thủy nhiệt làm phân hủy chất chiết suất hemicelluloses bị phân hủy Hóa chất thấm vào gỗ nhờ trình khuếch tán, sau sấy đa tụ hóa chất bị đọng lại vách tế bào, lấp đầy khoảng trống làm cho khối lượng thể tích gỗ tăng lên Hệ số chống trường nở, hàm lượng chất tích tụ, hệ số chống hút nước Qua bảng số liệu (3.6), (3.8), (3.7) hình (3.2), (3.4), (3.3) ta thấy hệ số chống trương nở, hàm lượng chất tích tụ gỗ tăng lên theo chế độ xử lý Nồng độ hóa chất tăng WRE WPG tăng Nhận xét: gỗ sau biến tính thủy nhiệt hệ số trương nở gỗ tăng theo nồng độ hóa chất biến tính Nguyên nhân biến tính thủy nhiệt làm cho số chất có gỗ bị phân hủy Trong có hemicellulose bị phân hủy làm cho cầu nối –OH bị giảm bớt hóa chất thấm vào gỗ lấp đầy khoảng trống tạo ra.vì khả chống trương nở gỗ tăng Khi ta xử lý gỗ với axit Boric phương pháp thủy nhiệt hóa chất thấm vào gỗ qua chế khuếch tán Nhiệt độ làm cho bề mặt gỗ thơng 40 thống, tạo khoảng trống giúp cho q trình khuếch tán diễn nhanh Hóa chất đưa vào gỗ lấp đầy khoảng trống Nhiệt độ làm cho Boric lỗng ra, khả hịa tan tăng lên, lượng hóa chất thấm vào gỗ nhiều Biến tính thủy nhiệt gồm hai giai đoạn Giai đoạn đầu giai đoạn tiền thủy phân, tức giai đoạn đầu làm thủy phân chất chiết suất hemicellulose vách tế bào làm cho tế bào gỗ có khoảng trống, bề mặt gỗ thơng thống tạo điều kiện cho hóa chất thấm vào dễ dàng Axit Boric hợp chất vô lại háo nước nên có xu hướng hút nhiều nước vào gỗ làm cho cellulose, lignin, hemicelluloses trương lên Hóa chất theo q trình khuếch tán thấm vào gỗ Giai đoạn hai biến tính thủy nhiệt giai đoạn sấy đa tụ Nó làm bay chất dư thừa nước gỗ, hóa chất thấm vào gỗ qua trình sấy ngưng tụ lại vách tế bào gỗ Vì lấp đầy khoảng trống khiến cho khả hút nước gỗ giảm, khả trương nở cung giảm hay nói cách khác hệ số chống trương nở, hệ số hút nước tăng hàm lượng chất chất tích tụ gỗ tăng Độ bền nén dọc thớ Từ bảng (3.9) hình (3.5) biểu đồ quan hệ nồng độ độ bền nén ta có nhận xét sau: Mẫu xử lý chậm cháy có độ bền nén cao so với mẫu đối chứng Ứng suất nén dọc thớ gỗ Keo tràm có xu hướng tăng lên ta tăng nồng độ hóa chất tẩm vào gỗ Ngyên nhân gỗ xử lý với hóa chất nồng độ tăng dần nhiệt độ cao tốc độ khuếch tán Boric vào gỗ nhanh nhiều làm cho gỗ trở nên lỏng lẻo Mặt khác, axit Boric tan nước lạnh hồn tồn bị hịa tan nước 700C ta luộc gỗ với nhiệt độ 1000C 41 thúc đẩy trình khuếch tán hóa chất vào gỗ nhanh Đối với mẫu xử lý chậm cháy hóa chất Boric, sau mẫu khô, Bo tồn gỗ không làm yếu mixen mà cịn góp phần làm ổn định vị trí mixen Vì vậy, mẫu xử lý Bo có ứng suất nén cao mẫu không xử lý Kiểm tra độ bền uốn Từ bảng 3.10 hình 3.6 ta có nhận xét: Mẫu xử lý chậm cháy có độ bền uốn cao so với mẫu đối chứng Nồng độ chất xử lý tăng độ bền uốn giảm, giảm nhẹ Sức chịu uốn tĩnh ứng lực phức tạp Khi dầm chịu uốn dầm sản sinh loại ứng lực: mặt dầm chịu ép, mặt dầm chịu kéo dọc thớ, lớp sản sinh ứng lực trượt dọc thớ gối xuất lực cắt đứt thớ vng góc Do hóa chất thấm vào tế bào gỗ làm cho liên kết phần tử lỏng lẻo dẫn đến ứng suất gỗ bị triệt tiêu cách tối đa Theo kết phân tích trên, có mặt Bo làm tăng ứng suất ép dọc, mặt khác theo kết nghiên cứu TS Nguyễn Thị Bích Ngọc thuốc bảo quản khơng làm thay đổỉ ứng suất trượt dọc, so sánh ứng suất uốn tĩnh mẫu qua xử lý thuốc mẫu không xử lý thấy mẫu có xử lý cho ứng suất uốn tĩnh cao hoàn toàn hợp lý Kiểm tra chậm cháy Từ bảng số liệu (3.11) hình (3.7) ta có nhận xét sau Gỗ không xử lý chậm cháy đốt tỷ lệ tổn thất gỗ lớn, lượng nhiệt cung cấp đốt cho mẫu cần nhỏ khả bốc cháy mẫu phút sau rời khỏi nguồn nhiệt Khi gỗ xử lý với chất chống cháy từ đầu hiệu chống cháy có tác dụng rõ rệt, tỷ lệ tổn thất khối lượng ít, thời gian bốc cháy ngắn khoảng phút 42 Điều giải thích sau: Khả chống cháy H3BO3 dựa sở sản phẩm phân hủy nhiệt chúng B2O3 Ở nhiệt độ 70÷ 2300C, H3BO3 phân hủy tạo B2O3 H2O Ở nhiệt độ 70÷ 3780C, Na2B4O7.10H2O phân hủy tạo B2O3 H2O Phương trình phản ứng sau: C H BO3 70    HBO2  H O C 4HBO 184   H B4 O7  H O C H B4 O7 230   2B2 O3  H O C 2H BO3 70 320   B2O3  3H 2O Oxit B2O3 oxit dạng thủy tinh, bền với nhiệt, nhiệt độ mềm B2O3 6000C Chính gỗ bị cháy, oxit B2O3 tạo phản ứng H3BO3 thu nhiều nhiệt để nóng chảy tạo thành lớp men thủy tinh trải gỗ, lớp men nầytọ thành lớp màng bảo vệ ngăn cách lửa oxi bên ngoài, làm cho gỗ chậm cháy Hơn nữa, H3BO3 phân giải cón sinh lượng nước lớn, lượng nước bị hóa gỗ tiếp tục bị đốt Do nhiệt hóa nước cao (Lh= 538,9 Kcal/g) nên thu lượng nhiệt đáng kể để hóa làm cho nhiệt độ gỗ bị đốt giảm xuống làm cho gỗ khó cháy Mặt khác, nước không loại chất chống cháy mà cịn có hệ số khuếch tán cao (k= 0,198 cm2/s) Do tạo thành nhanh chóng tạo nên lớp nước phủ lên bề mặt gỗ bị đốt, ngăn cản khơng khí tiếp xúc với bề mặt gỗ 43 44 PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận - Nồng độ xử lý hóa chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất gỗ biến tính Khối lượng thể tích tăng 1,05 lần Hệ số chống trương nở tăng 2,8 lần Hệ số chống hút nước tăng 3,3 lần Hàm lượng chất tích tụ gỗ 2,5 lần Độ bền nén dọc thớ tăng 1,18 lần Độ bền uốn giảm 0,79 lần Tỉ lệ tổn thất khối lượng giảm 0,22 lần khả chậm cháy tăng 0,22 lần 4.2 Tồn - Kết nghiên cứu bị ảnh hưởng nhiều yếu tố khó khống chế như: cấu tạo gỗ, độ ẩm gỗ, nhiệt độ xử lý,… - Xử lý mẫu phương pháp luộc thủ cơng nên khó đảm bảo nhiệt độ ln 1000C - Dung lượng mẫu nhỏ dẫn đến hệ số biến động lớn 4.3 Đề xuất - Tăng dung lượng mẫu thí nghiệm để kết có độ xác cao hơn, có tính đại diện - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ axit Boric đến đặc tính khác gỗ như: đặc tính sinh học, khả trang sức… 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước Nguyễn Văn Bỉ (2005), phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, trường Đại học Lâm nghiệp Vũ Thị Hương Giang (2006) nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ thời gian tẩm hóa chất B-B đến độ bền khả chống cháy ván LVL, khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Lâm Nghiệp Ngô Quang Nam (2004), đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ tẩm, thời gian tẩm chất chống cháy B-B đến khả chống cháy gỗ, khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Lâm Nghiệp TS Nguyễn Thị Bích Ngọc, TS Nguyễn Chí Thanh, TS Lê Văn Nông (2006) , Bảo quản lâm sản, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội Tống Thị Phượng (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ chất bảo quản BB đến số tính chất vật lý Luồng, khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Lâm Nghiệp Trần Ngọc Thiệp, Trần Văn Chứ (2004), Công nghệ biến tính gỗ, khoa Chế biến Lâm sản, trường Đại học Lâm Nghiệp Tài liệu nước Behbood Mohebby’ I brahim Sanaei(2005); Infhiences ò the hydro – thermal treatment on physical properties ò beech wood (Fagus orientalis), Deparment of wood Paper Siences Faculty of Natural Resources Marien Sciences Tarbiat Mo darress University P.O Box 46414 356, Noor, Iran Ergun Baysal , Mustafa kemal Yalinkilic , Mustafa Altinols Huseyin Peker , Mehmet colak (2005) , some physical , Biological ,mechanical and fire properties of wood polymer composite (WPC) pretreated with boric acid and Boax miture 46 Fores products Laboratory – forest service U.S Deparment of Agriculture , Fire – ret 10 Nadir Ayrilmis , Tuke Dudar , Zeki Candan and Turgay Akbulut (2009) , Wettability of fire retardant treated laminated veneer lumber (LVL) manufactured tron veneers dried at different temperatures 11 Quingwen Wang , Jianli , Jerrold E.Winandy (2004) chemical mechanism of boric acid on wood 12 Tuker Dandar , Nadir Ayrilmis , Zike Candan , Turgay Akbulut (2009) , Demensinal Stability of fire – retardant – treated laminated veneer lumber 47 48