SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH HÓA HỌC NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GỖ TRÀM BÔNG VÀNG

Tràm bông vàng là một loại thực vật trồng phổ biến ở nước ta. Ở một số địa phương, nó còn được gọi bởi các tên khác như cây keo lá tràm, cây tràm vàng. Tên khoa học tiếng Anh của loại cây này là Acacia auriculiformis A. Cunn. ex Benth. Tràm bông vàng là một loại cây họ đậu, thuộc chi Acacia. Tràm bông vàng là cây gỗ trồng ngắn ngày, sản lượng lớn nên sử dụng các thành phẩm từ gỗ Tràm là một hành động giúp bảo vệ môi trường. Thay vì sử dụng các loại ván gỗ quý hiếm hàng trăm năm tuổi từ những cánh rừng bị khai thác đến cạn kiệt, việc sử dụng loại cây gỗ ngắn ngày để rừng nguyên sinh có thời gian phục hồi và tái sinh. 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: nhiệtcơ; nhiệthoácơ; hoácơ; hoá học và bức xạhoá 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. 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 Tràm bông vànglà yêu cầu cấp bách đặt ra. Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu để nâng cao chất lượng gỗ Tràm bông vàng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới để thay thế gỗ rừng tự nhiên, chúng em thực hiện dự án: “Sử dụng phương pháp biến tính hóa học nâng cao chất lượng gỗ Tràm bông vàng”. Đối tượng nghiên cứu của dự án là: Gỗ Tràm bông vàng và hóa chất Polyethylenglycol (PEG 600) dùng để ngâm mẫu gỗ. Tràm bông vàng là loại gỗ có khả năng chống thấm nước tốt, chống mối mọt, côn trùng phá hoại tốt, chống cong vênh, co ngót,chịu được môi trường sử dụng khắc nghiệt như ở Việt Nam mà không lo ảnh hưởng chất lượng gỗ, độ bền cao. 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 dự án chúng em nghiên cứu tính ổn định kích thước của gỗ Tràm bông vàng 13 năm tuổi khi ta ngâm mẫu gỗ trong dung dịch hóa chất Polyethylenglycol (PEG600). Địa điểm lấy mẫu gỗ Tràm bông vàng nghiên cứu: Tại Vĩnh Cửu Đồng Nai , đây là nơi trồng nhiều Tràm bông vàng. 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 Tràm bông vàng biến tính có tính ổn định kích thước cao hơn gỗ nguyên. Ý nghĩa thực tiễn Những kết quả nghiên cứu góp phần tạo ra một loại gỗ Tràm bông vàng biến tính có độ ổn định kích thước cao hơn so với gỗ Tràm bông vàng tự nhiên và đề xuất được các bước cơ bản của qui trình công nghệ biến tính gỗ Tràm bông vàng bằng PEG.

CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH DỰ ÁN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH HĨA HỌC NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GỖ TRÀM BÔNG VÀNG Lĩnh Vực Dự Thi: Khoa học vật liệu ****** Người thực hiện: MỤC LỤC Mở đầu Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu biến tính gỗ, tràm bơng vàng 1.1 Lịch sử nghiên cứu biến tính gỗ 1.1.1 Trên giới .3 1.1.2 Trong nước .3 1.2 Nhận xét rút từ tổng quan 1.3 Giới thiệu tràm vàng Chương mục tiêu, đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1.Mục tiêu nghiên cứu 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.2.1 Gỗ 2.2.2 Hoá chất 2.2.3 Các yếu tố thay đổi 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp kế thừa 2.4.2 Phương pháp thực nghiệm Chương Cơ sở lý thuyết .7 3.1 Cơ sở khoa học q trình biến tính gỗ 3.2 Cơ sở khoa học ổn định kích thước gỗ biến tính hóa học 3.3 Cơ sở khoa học biến tính hóa học gỗ biến PEG Chương Nghiên cứu biến tính gỗ tràm bơng vàng yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính 4.1 Xẻ mẫu gỗ 4.2 Xử lý ẩm 4.3 Pha chế hoá chất 4.4 Thiết bị ngâm tẩm .9 4.5 Ngâm tẩm mẫu dung dịch PEG .11 4.6 Xử lí sau tẩm PEG 11 4.7 Xác định lượng hóa chất thấm vào gỗ 11 4.8 Thí nghiệm đo thơng số gỗ 11 Chương Kết nghiên cứu .12 5.1 Độ cứng tĩnh .12 5.2 Độ cứng va đập 12 5.3 Độ mài mòn 12 5.4 Độ bền uốn modul đàn hồi uốn tĩnh 13 5.5 Độ hút nước 13 Chương Kết luận 14 Tài liệu tham khảo 15 MỞ ĐẦU Tràm vàng loại thực vật trồng phổ biến nước ta Ở số địa phương, cịn gọi tên khác keo tràm, tràm vàng Tên khoa học tiếng Anh loại Acacia auriculiformis A Cunn ex Benth Tràm vàng loại họ đậu, thuộc chi Acacia Tràm vàng gỗ trồng ngắn ngày, sản lượng lớn nên sử dụng thành phẩm từ gỗ Tràm hành động giúp bảo vệ môi trường Thay sử dụng loại ván gỗ quý hàng trăm năm tuổi từ cánh rừng bị khai thác đến cạn kiệt, việc sử dụng loại gỗ ngắn ngày để rừng nguyên sinh có thời gian phục hồi tái sinh Trên giới nay, có hai hướng chế biến gỗ khẳng định là: nâng cao hiệu sử dụng gỗ nâng cao chất lượng gỗ Từ cuối kỷ XX, công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy, xẻ đại phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu sử dụng gỗ Hiện nay, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tính cơ, vật lý gỗ quan tâm nhiều quốc gia giới Theo xu hướng này, có phương pháp biến tính gỗ, là: nhiệt-cơ; nhiệt-hố-cơ; hố-cơ; hố học xạ-hố học Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt không nén chặt Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỷ trọng, polyme hố Mục đích phương pháp nhằm nâng cao khối lượng thể tích độ bền gỗ Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ lớn, gỗ rừng tự nhiên quý phục vụ chế biến sản phẩm mộc truyền thống, mộc xây dựng, mộc cao cấp ngày hiếm, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Tràm vànglà yêu cầu cấp bách đặt Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu để nâng cao chất lượng gỗ Tràm bơng vàng, góp phần vào tạo sản phẩm để thay gỗ rừng tự nhiên, chúng em thực dự án: “Sử dụng phương pháp biến tính hóa học nâng cao chất lượng gỗ Tràm vàng” Đối tượng nghiên cứu dự án là: Gỗ Tràm bơng vàng hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) dùng để ngâm mẫu gỗ Tràm bơng vàng loại gỗ có khả chống thấm nước tốt, chống mối mọt, côn trùng phá hoại tốt, chống cong vênh, co ngót,chịu mơi trường sử dụng khắc nghiệt Việt Nam mà không lo ảnh hưởng chất lượng gỗ, độ bền cao Hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) cao phân tử có phân tử lượng tương đối thấp ngâm tẩm hóa chất dễ dàng thấm vào gỗ Phạm vi nghiên cứu: Trong khuôn khổ dự án chúng em nghiên cứu tính ổn định kích thước gỗ Tràm bơng vàng 13 năm tuổi ta ngâm mẫu gỗ dung dịch hóa chất Polyethylenglycol (PEG-600) Địa điểm lấy mẫu gỗ Tràm vàng nghiên cứu: Tại Vĩnh Cửu- Đồng Nai , nơi trồng nhiều Tràm vàng Ý nghĩa khoa học Ứng dụng lý thuyết biến tính gỗ theo phương pháp hố học, góp phần làm sáng tỏ sở khoa học công nghệ sản phẩm gỗ Tràm bơng vàng biến tính có tính ổn định kích thước cao gỗ nguyên Ý nghĩa thực tiễn Những kết nghiên cứu góp phần tạo loại gỗ Tràm bơng vàng biến tính có độ ổn định kích thước cao so với gỗ Tràm vàng tự nhiên đề xuất bước qui trình cơng nghệ biến tính gỗ Tràm vàng PEG CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÂY TRÀM BÔNG VÀNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu biến tính gỗ 1.1.1 Trên giới Từ năm 30 kỷ trước, nhà khoa học Nga, Đức…đã nghiên cứu cơng bố tài liệu nói gỗ biến tính Các nhà khoa học dùng phương pháp vật lý, hóa học hay kiêm dụng hai loại để xử lý gỗ, làm cho chất xử lý thấm đọng vào vách tế bào, làm phát sinh mối liên kết giao thành phần gỗ, từ làm cho mật độ gỗ tăng lên, cường độ gỗ nâng cao, gọi cường độ hóa gỗ Để khắc phục nhược điểm phương pháp biến tính gỗ phương pháp nhiệt cơ, nhà khoa học nghiên cứu đưa vào gỗ số chất hóa học nhằm ổn định hình dạng kích thước sản phẩm đồng thời tăng cường độ chịu lực gỗ biến tính Một loại hình sản phẩm đơn giản sử dụng hóa chất gỗ ngâm tẩm Đó kiểu biến tính gỗ ngâm ngập gỗ dung dịch hóa chất, sau sấy để loại bỏ bớt nước gia nhiệt cho keo đóng rắn lại tạo sản phẩm khơng thấm nước Loại hình có ưu điểm rõ hệ số co giãn kích thước nhỏ lại tốn hóa chất Từ xa xưa, người biết dùng Polyethylenglycol để bảo quản gỗ Gỗ ngâm tẩm quét Polyethylenglycol (PEG) có hiệu làm giảm trương nở, co rút gỗ, phòng ngừa biến dạng, cong vênh, nứt vỡ nguyên nhân gây nên Polyethylenglycol sử dụng rộng rãi việc bảo quản gỗ cổ xưa 1.1.2 Trong nước Việc nghiên cứu sử dụng sản phẩm gỗ biến tính Việt Nam đến cịn mức độ phịng thí nghiệm Những năm 60 kỷ XX, Nhà máy gỗ Cầu Đuống sản xuất sản phẩm tay đập thoi dệt từ ván mỏng dán ép nhiều lớp, coi sản phẩm gỗ biến tính Việt Nam, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ Cuối năm 1980, Nguyễn Trọng Nhân cộng Viện Công Nghiệp Rừng (Viện KHLN Việt Nam ngày nay, nghiên cứu tẩm dung dịch Phenolformaldehyd 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 nâng cao độ bền học, độ cứng gấp 2-3 lần gỗ nguyên Vũ Huy Đại cộng Trường Đại học Lâm Nghiệp nghiên cứu ảnh hưởng đơn yếu tố tỷ suất nén đến số tính chất gỗ biến tính 1.2 Nhận xét rút từ tổng quan Cơng nghệ biến tính gỗ phát triển lâu nước ngồi Do tính ổn định kích thước tốt, tính chất học, chịu mài mòn chịu uốn nên gỗ biến tính sử dụng rộng rãi thực tế số nước như: Mỹ, Pháp, Đức, Ba Lan, Canada… nghiên cứu tạo sản phẩm gỗ biến tính có chất lượng đáp ứng u cầu ngày cao số ngành: vật liệu kiến trúc, vật liệu công nghiệp, đồ mộc công nghệ phẩm, dụng cụ văn thể Việc sử dụng polyetylenglycol để bảo quản gỗ áp dụng từ lâu giới rõ ràng tác dụng bảo quản gỗ PEG có ưu điểm trội: làm giảm trương nở, co rút gỗ, phòng ngừa biến dạng, cong vênh, nứt vỡ [31, tr.54], giới chưa có nhiều cơng trình chun sâu vào nghiên cứu, đánh giá tác động PEG gỗ Tại Việt Nam, nghiên cứu tác giả nêu tác động PEG vào số loại gỗ nghiên cứu đơn dựa kết nghiên cứu thực nghiệm, tài liệu biến tính gỗ PEG khơng nhiều, chế chất q trình biến tính hố học PEG vấn đề chưa rõ Do để áp dụng vào thực tế sản xuất tạo loại gỗ biến tính (bằng cách ngâm tẩm PEG) Việt Nam vấn đề cần phải nghiên cứu sâu Dự án : “Sử dụng phương pháp biến tính hóa học nâng cao chất lượng gỗ Tràm bơng vàng” với mục đích nâng cao ổn định kích thước cho gỗ Tràm bơng vàng để từ nâng cao giá trị sử dụng loại vấn đề cần thiết có ý nghĩa 1.3 Giới thiệu tràm bơng vàng Cây tràm bơng vàng có tên gọi khác keo tràm loài thuộc chi Keo (danh pháp khoa học: Acacia), thuộc phân họ Trinh nữ (Mimosoideae), thuộc họ Đậu (Fabaceae), lần Linnaeus miêu tả năm 1773 châu Phi Cùng với lồi keo tai tượng, tràm bơng vàng nằm danh sách lồi keo Hình 1.1 Tràm vàng Tràm vàng dạng gỗ lớn, chiều cao đạt tới 30 m Lồi phân cành thấp, tán rộng Vỏ có rạn dọc, màu nâu xám Lá thực chất giả, thật bị tiêu giảm, phận quang hợp giả, biến thái từ cuống cấp Hoa tự dạng bơng sóc, tràng hoa màu vàng Quả dạng đậu xoắn, hạt màu đen, có rốn hạt dài màu vàng màu tràng hoa Hình 1.2 Cây, hoa Tràm bơng vàng Tràm vàng thực vật quen sống nơi có khí hậu nóng, với khả chịu hạn tốt nhiên chịu rét lại Thuộc nhóm gỗ chất lượng tốt, màu vàng trắng có vân, có giác lõi phân biệt, gỗ ứng dụng nhiều đời sống Hiện nay, diện tích gỗ keo tràm đến thời kỳ khai thác nước nhiều gỗ Tràm vàng Và lợi trồng gỗ keo tràm thời gian trồng ngắn, sau khoảng 6, năm khai thác nên vịng quay đầu tư nhanh Diện tích trồng Tràm vàng khoảng 700 - 800 ngàn hecta Nếu vịng quay phải đợi đến 20 năm, khai thác hết mủ chặt Gỗ tràm khác, rừng trồng tràm khoảng triệu hecta, vòng quay ngắn nên lượng gỗ cung cấp cho thị trường lớn nhiều CHƯƠNG MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu • Mục tiêu khoa học Góp phần xây dựng sở khoa học cho công nghệ biến tính gỗ Xác định yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến ổn định kích thước gỗ Tràm bơng vàng biến tính • Mục tiêu kỹ thuật Đề xuất sơ đồ cơng nghệ biến tính gỗ nhằm nâng cao ổn định kích thước cho gỗ Tràm bơng vàng 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.2.1 Gỗ Đặc tính Tràm bơng vàng khả sinh trưởng nhanh, thích nghi rộng Đi tính ứng dụng cao Do đó, gỗ tràm vàng đánh giá cao giá trị kinh tế Và nhà nước trọng sách phát triển Trong dự án này, chúng em chọn loại gỗ Tràm vàng 13 năm tuổi Vĩnh Cửu - Đồng Nai , nơi trồng nhiều Tràm bơng vàng 2.2.2 Hố chất Chúng em chọn dung dịch Polyethylenglycol (PEG-600): polyme etylen glycol có cơng thức chung HOCH2-(CH2OCH2)n-CH2OH, n độ polyme hóa trung bình PEG - 600 Polyethylenglycol có khối lượng phân tử 600; Tỷ trọng 1,10 (50/40C); Điểm đóng rắn: 20-250C; Độ nhớt: 10 cst (1000C); PEG - 600 tồn dạng lỏng, không màu, không mùi, không độc hại người gia súc tan nước với tỷ lệ nào; PEG chất tan nước không màu, không mùi, phân tử lượng cao trạng thái rắn nhiệt độ khơng khí (20 0C), phân tử lượng thấp trạng thái lỏng PEG khơng có tính độc người gia súc, nguy cháy thấp Thông thường PEG tồn dạng hỗn hợp nhiều cao phân tử với độ trùng hợp khác PEG thích hợp cho việc xử lý gỗ tươi ướt, nồng độ dung dịch xử lý từ 2530% (dung môi nước) Nhiệt độ xử lý nhiệt độ phòng, thời gian nhiệt độ xử lý vào độ dày, loại gỗ lượng ngấm cần xử lý mà định Khi xử lý độ ẩm gỗ lớn tỷ lệ tồn đọng PEG gỗ lớn, Khả chống trương nở gỗ xử lý cao Do với gỗ tươi hiệu xử lý tốt gỗ khô [31] Chúng em sử dụng phương pháp ngâm thường để tiến hành thí nghiệm 2.2.3 Các yếu tố thay đổi Trong dự án, chúng em lựa chọn yếu tố thay đổi sau: - Các cấp nồng độ dung dịch Polyethylenglycol (PEG-600): chúng em lựa chọn cấp nồng độ N (%): 10; 15; 20; 25, 30 - Chọn cấp nhiệt độ: tham khảo tài liệu dựa vào điểm đóng rắn PEG - 600 20-250C, chúng em chọn cấp nhiệt độ t (0C): 20; 30; 40; 50; 60 - Thời gian ngâm gỗ: mẫu gỗ thí nghiệm nhỏ (theo TCVN) nên chúng em chọn thời gian ngâm theo 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, hố học tính chất học gỗ Tràm vàng - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch PEG-600, thời gian tẩm nhiệt độ tẩm đến tỷ lệ co rút giãn nở gỗ Tràm bơng vàngbiến tính - Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch PEG-600 đến ổn định kích thước gỗ Tràm bơng vàng biến tính; biến đổi thành phần hố học số tính chất học chủ yếu gỗ Tràm vàng trước sau biến tính - Nghiên cứu chế biến tính Gỗ Tràm vàng PEG-600 - Đề xuất sơ đồ cơng nghệ biến tính gỗ Tràm bơng vàng 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp kế thừa - Kế thừa kết nghiên cứu nước biến tính gỗ theo phương pháp hố học 2.4.2 Phương pháp thực nghiệm Quá trình nghiên cứu tiến hành theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm dựa hệ thống tiêu chuẩn nước quốc tế như: - Chọn cây, cắt khúc, lấy mẫu xác định tính chất cơ, vật lý gỗ theo tiêu chuẩn Việt nam từ TCVN 355-70 đến TCVN 370-70 - Sử dụng phương pháp phân tích thống kê để xử lý đánh giá kết theo TCVN Đối với nội dung nghiên cứu biến tính gỗ Tràm bơng vàng Chúng em chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Kế hoạch thực nghiệm Chúng em tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch PEG-600, nhiệt độ thời gian ngâm đến ổn định gỗ Tràm vàng biến tính + Sau thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy ảnh hưởng nồng độ dung dịch PEG-600, nhiệt độ thời gian ngâm đến ổn định gỗ Tràm bơng vàng biến tính + Mẫu thí nghiệm có kích thước 20x20x30 mm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Cơ sở khoa học q trình biến tính gỗ Biến tính gỗ thực chất trình làm biến đổi cấu tạo gỗ vật lý hoá học Gỗ cấu tạo từ tế bào, tế bào gỗ trưởng thành có dạng hình ống, tạo nên cấu trúc xốp gỗ, ống mạch tạo thành hệ mao dẫn có tính thẩm thấu nước ẩm từ môi trường Mặt khác, gỗ vách tế bào lỗ rỗng vách tế bào tạo thành khoảng mao dẫn lớp thứ nhất, chứa đầy khơng khí, nước, chất chiết xuất Khoảng khơng gian chúng phía mạch cellulose tạo thành khoảng mao dẫn thứ hai Đường kính mao dẫn khoảng - µm Tổng thể tích khoảng mao dẫn biểu thị qua độ xốp Đặc tính định tính chất gỗ mặt vật lý học Vì sở cấu tạo gỗ sơ đánh giá chất lượng gỗ, đặc trưng độ rộng vòng năm, độ dầy lớp gỗ muộn, phân lớp, độ lớn phân bố thớ gỗ Mặt khác, nước chứa gỗ ảnh hưởng nhiều đển trạng thái gỗ Gỗ chứa nước tự nước liên kết Hàm lượng nước lõi gỗ kim chặt hạ, tuỳ thuộc vào loài điều kiện gây trồng, biến động khoảng 35-70%, phần giác hàm lượng nước gấp lần so với lõi Trong gỗ rộng chênh lệch hàm lượng nước so với gỗ kim Hàm lượng nước phân bố không đểu thân cây, cành biến đổi theo mùa năm Tính chất gỗ biến đổi nhiều độ ẩm giảm xuống mức độ bão hoà thớ gỗ (khoảng 30%) Giữ gỗ khơng khí với nhiệt độ độ ẩm lồi gỗ đạt tới độ ẩm cân Sự giảm hàm lượng nước liên kết dẫn tới co rút gỗ Làm hoàn toàn hàm lượng nước liên kết gây rút ngắn chiều dài gỗ (theo chiều tiếp tuyến 6-10%, theo chiều xuyên tâm 3-5%, dọc sợi gỗ 0,1- 0,3%) co rút thể tich (12- 15%) Gỗ có khả hút ẩm từ mơi trường khơng khí làm tăng hàm lượng nước liên kết trương lên Sự khác co rút trương theo hướng khác nguyên nhân tượng cong vênh gỗ Co rút trương nở điều kiện độ ẩm liên kết phân bố không theo thể tích tạo nội ứng suất gỗ Khả hút nước gỗ tiếp xúc với nước gọi độ thấm nước Khối lượng thể tích thực chất (chỉ tính vách tế bào) loài gỗ 1530 kg/m3 Khối lượng thể tích gỗ khơ có chỗ trống chứa khơng khí nên tuỳ lồi giới hạn khoảng 100 kg/m3 đến 1300 kg/m3 Cùng với tăng lên độ ẩm, khối lượng thể tích gỗ tăng lên Gỗ loài rộng Việt Nam độ ẩm 12% có khối lượng thể tích từ 400 kg/m (tạp mộc) tới 1100 kg/m3 (thiết mộc) khí chất lỏng áp lực xuyên qua Điện trở kháng gỗ khô lớn, tăng độ ẩm đến độ bão hồ thớ gỗ điện trở gỗ giảm nhiều Dưới tác dụng tải trọng học gỗ nẩy sinh tích điện Xenluloza xếp định hướng nhân tố mang lại cho gỗ tính chất cách điện Tốc độ truyền âm gỗ tương đương với thép, lớn gấp 15 lần khơng khí Độ thấm âm gỗ lớn Khi chiếu tia hồng ngoại vào gỗ phần lượng bị hấp thụ bề mặt gỗ làm nóng gỗ Vì tia hồng ngoại dùng để sấy gỗ mỏng Tia sáng trắng vào gỗ sâu tia hồng ngoại Căn vào độ mạnh tia phản chiếu từ bề mặt gỗ đốn định lồi, chất lượng bề mặt gỗ Tia tử ngoại chiếu vào gỗ gây cho gỗ tính chất phát sáng Gỗ làm yếu sức xuyên tia rơn ghen tia gamma, nhiều phụ thuộc vào độ dầy, tỷ trọng độ ẩm phiến gỗ Tính chất học gỗ xuất có tác động lên gỗ lực, qua người ta cảm nhận độ bền gỗ, khả biến dạng, thấy số tính chất cơng nghệ tính chất lợi dụng (Bằng cách thử tức thời lâu dài mẫu gỗ người ta xác định số tính chất học gỗ) Các tính chất phải thử theo tiêu chuẩn Nhà Nước (đã sửa đổi năm 1998), (được đánh số từ TCVN 36370 đến TCVN 370-70), qui định phương pháp xác định giới hạn bền nén, kéo, uốn tĩnh, uốn va đập, trượt cắt, sức chống tách, độ cứng biến dạng đàn hồi) Sự biến đổi tác dụng nhiệt cấu tử gỗ khác Phân tích hố học cho thấy gỗ bền vững bị tác dụng nhiệt 100 oC vòng 48 (Fengel Wegener,1989) Cao nhiệt độ đó, hợp chất dễ bay gỗ, kể nước, bị đẩy khỏi gỗ Holoxenluloza (hỗn hợp xenluloza với hemixenluloza) bắt đầu phân giải nhiệt độ đạt tới 150 oC Trong hệ thống kín, hemixenluloza bị phân giải nhanh (Mitchell cộng sự, 1953) tạo thành axit bay có tác dụng làm xúc tác cho trình thuỷ phân hydrat cacbon Người ta thấy tính chất học gỗ giảm trình tác dụng nhiệt theo hai bước: nhiệt độ 200 oC sức bền gỗ giảm ít, độ dẻo gỗ bị ảnh hưởng nước 3.2 Cơ sở khoa học ổn định kích thước gỗ biến tính hóa học Sự co giãn gỗ thay đổi độ ẩm gỗ gây nên, phát sinh điểm bão hòa thớ gỗ mà nguyên nhân nhóm chức (-OH) khu vực phi kết dính Cellulose liên kết với nước hấp thụ từ khơng khí đồng thời hình thành cầu nối hydroxyl Phân tử nước làm cho khoảng cách phân tử gỗ tăng lên, gỗ thể trạng thái giãn nở dẫn đến kích thước khơng ổn định Ngồi cấu tử chính, cấu tử khác hút nước Khi gỗ xử lý hoá học, tác nhân xâm nhập vào tế bào gỗ, tương tác với thành phần hoá học gỗ làm cho có thay đổi liên kết, cấu trúc gỗ có thay đổi Sự tác động tác nhân chủ yếu vào liên kết ngang (cầu nối hydro) phân tử, phần lớn liên kết Hydro phân tử Cellulose Nguyên tắc xử lý ổn định hố kích thước gỗ tiền đề trì tính chất ưu việt vốn có gỗ mà làm thay đổi hút ẩm tính co dãn Sự co giãn gỗ thay đổi độ ẩm gỗ mà gây nên, phát sinh điểm bão hoà thớ gỗ mà nguyên nhóm OH khu vực phi kết dính Cellulose hấp phụ nước khơng khí, hình thành cầu nối với phân tử nước 3.3 Cơ sở khoa học biến tính hóa học gỗ biến PEG PEG chất tan nước, không màu, không mùi phân tử lượng cao trạng thái nhiệt độ khơng khí (20 oC) thể rắn Khi phân tử lượng nhỏ trạng thái lỏng; PEG khơng có tính độc người gia súc, nguy cháy thấp PEG cao phân tử thu sau phản ứng oxy mạch vòng với nước Ethylenglycol mà tổng số đơn phân tử liên kết n gọi độ tụ hợp, thông thường tồn phân tử hỗn hợp loại độ tụ hợp hợp, ví PEG-600 Điều nói bình qn phân tử lượng PEG 600 Trong điều kiện độ ẩm tương đối PEG có phân tử lượng thấp có tính hút nước lớn Cịn PEG có phân tử lượng cao tính hịa tan nước lại mà lại khó thấm sâu, thâm nhập vào vách tế bào, điền đầy gian bào 10 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ TRÀM BƠNG VÀNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH BIẾN TÍNH Thực thí nghiệm Thực thí nghiệm theo sơ đồ: Hình 4.1 Sơ đồ thí nghiệm 4.1 Xẻ mẫu gỗ Xẻ mẫu (theo TCVN 361-70), Kích thước 20x20x30 mm (trong kích thước theo chiều dọc thớ là: 30 mm) Hình 4.2 Gỗ Tràm bơng vàng Hình 4.3.Mẫu gỗ Tràm vàng 4.2 Xử lý ẩm Xử lý ẩm cho gỗ: để PEG thẩm thấu sâu gỗ phải trạng thái tươi ướt trương nở hoàn toàn, độ ẩm gỗ phải lớn độ ẩm bão hoà thớ gỗ (30%) Để đảm bảo tỷ lệ chống trương nở (ASE) gỗ cao nên xử lý gỗ tươi Trước tiến hành ngâm tẩm gỗ PEG cần kiểm tra độ ẩm gỗ Nếu gỗ không đạt độ ẩm yêu cầu cần tiến hành xử lý ẩm (khoảng 80%) 4.3 Pha chế hoá chất Chúng em sử dụng nước cất để hòa tan PEG-600 thành dung dịch có nồng độ 10, 15, 20, 25 30% theo quy hoạch thực nghiệm 4.4 Thiết bị ngâm tẩm Thiết bị ngâm tẩm mẫu gỗ thí nghiệm chúng em gia công thép không gỉ, bên ngồi có lớp áo cách nhiệt bơng thuỷ tinh, thùng có thiết kế thiết bị đo nhiệt độ cảm ứng để ln trì nhiệt độ thùng yêu cầu thí nghiệm Thiết bị chế tạo dùng thực tiễn sản xuất (với kích thước lớn hơn) 11 bị ngâm tẩm 12 Hình 4.4 Thiết 4.5 Ngâm tẩm mẫu dung dịch PEG Ngâm gỗ vào dung dịch PEG theo quy hoạch thực nghiệm Tiến hành ngâm tẩm gỗ với nồng độ, nhiệt độ thời gian xử lý thay đổi sau: Nồng độ dung dịch (N%): 10% 15%, 20%, 25%, 30% Thời gian ( giờ): giờ, giờ, giờ, giờ, 10 Nhiệt độ (t0c): 20, 30, 40, 50, 60 4.6 Xử lí sau tẩm PEG Sau mẫu ngâm xong, tiến hành loại bỏ PEG dư đọng bề mặt nước nóng; Sau dùng cồn để làm bề mặt loại bỏ vết màu đậm đồng thời tái tạo màu cho giống với màu gỗ + Sấy mẫu nhiệt độ 60 0C để gỗ ổn định, sau tăng nhiệt độ lên 103 0C sấy đến mẫu khô kiệt (để kiểm tra tính co rút) + Ngâm mẫu sấy khô kiệt nước cất đến độ ẩm bão hồ (để kiểm tra tính dãn nở) Để Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch PEG-600, thời gian tẩm nhiệt độ tẩm đến tỷ lệ co rút giãn nở gỗ Tràm bơng vàngbiến tính, chúng em kiểm tra tiêu chất lượng tương ứng sau: + Khả chống trương nở (ASE) (%) + Tỷ lệ PEG gỗ (%) + Tỷ lệ co rút, dãn nở gỗ sau biến tính Sau cắt mẫu để kiểm tra tiêu chất lượng trên, chúng em tiến hành xử lý số liệu thực nghiệm lý thuyết thống kê toán học để nghiên cứu ảnh hưởng chéo Hình 4.5 Mẫu gỗ Tràm thông số đầu vào đến tỷ lệ co rút giãn vàng ngâm tẩm PEG nở gỗ Tràm bơng vàngbiến tính tìm thơng số tối ưu với trợ giúp máy tính 4.7 Xác định lượng hóa chất thấm vào gỗ Lượng thuốc thấm xác định theo phương pháp cân đo, tính tốn theo cơng thức sau: Trong đó: mt: lượng thuốc khơ tính đơn vị thể tích gỗ (kg) m1: khối lượng gỗ trước tẩm (kg) m2: khối lượng gỗ sau tẩm (kg) Vc: thể tích vật liệu tẩm (m3) C: nồng độ dung dịch tẩm (%) 4.8 Thí nghiệm đo thơng số gỗ Thực thí nghiệm đo : Độ cứng tĩnh, độ cứng va đập , độ mài mòn , độ bền uốn modul đàn hồi uốn tĩnh , độ hút nước 13 Hình 4.6 Máy đo tính chất học Gỗ CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 Độ cứng tĩnh Độ cứng tĩnh tiêu phản ánh độ bền gỗ, ảnh hưởng đến tính chất gia cơng vật liệu giá trị sử dụng sản phẩm Kết kiểm tra ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến độ cứng tĩnh gỗ thể Hình 5.1 Kết kiểm tra cho thấy thời gian ngâm tẩm hóa chất tăng lên, độ cứng tĩnh bề mặt gỗ cải thiện đáng kể so với mẫu đối chứng, hạt nano dung dịch PEG-600 tích tụ gỗ, đặc biệt lớp bề mặt gỗ Ở Hình 5.1 Ảnh hưởng thời thời gian ngâm tẩm từ 5h trở lên độ cứng tĩnh gian ngâm tẩm hóa chất đến độ mặt cắt tiếp tuyến đạt yêu cầu gỗ sử dụng làm cứng tĩnh ván sàn (≥ 55 MPa) theo tiêu chuẩn GB/T 15036.22001 5.2 Độ cứng va đập Kết kiểm tra ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến độ cứng va đập gỗ thể Hình 5.2 Hình 5.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến độ cứng va đập Kết thí nghiệm cho thấy độ cứng va đập mặt cắt tiếp tuyến mẫu gỗ biến tính cải thiện đáng kể so với mẫu đối chứng, hạt nano khuếch tán vào gỗ, đặc biệt bao phủ lớp bề mặt gỗ, cải thiện độ cứng va đập bề mặt 14 Khi thời gian ngâm tẩm tăng lên từ 2-5h, độ cứng va đập tăng dần lên, nhiên khác độ cứng va đập thời gian ngâm 5h 8h không nhiều Yêu cầu độ cứng va đập gỗ dùng để sản xuất ván sàn 813 gmm/mm2 theo phương pháp thả bi (tiêu chuẩn GB/T 15036.2-2001), có gỗ biến tính thời gian ngâm tẩm từ 5h trở lên đáp ứng yêu cầu gỗ dùng để sản xuất ván sàn 5.3 Độ mài mòn Độ mài mòn bề mặt gỗ đánh giá qua tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn Kết kiểm tra ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn gỗ thể Hình 5.3 Kết thí nghiệm cho thấy, tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn mặt cắt tiếp tuyến Hình 5.3 Ảnh hưởng thời mẫu gỗ biến tính giảm đáng kể so với mẫu gian ngâm tẩm hóa chất đến tỷ lệ đối chứng, hạt nano dung dịch tổn thất khối lượng mài mịn PEG-600 tích tụ gỗ, đặc biệt lớp bề mặt gỗ gỗ, làm cải thiện khả chống mài mòn bề mặt Khi thời gian ngâm tẩm hóa chất tăng lên từ 2-5-8h, tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn giảm Yêu cầu tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn gỗ dùng để sản xuất ván sàn ≤0,15% (theo tiêu chuẩn GB/T 15036.2-2001), có gỗ biến tính với thời gian ngâm tẩm từ 5h trở lên đáp ứng yêu cầu gỗ dùng để sản xuất ván sàn 5.4 Độ bền uốn modul đàn hồi uốn tĩnh Kết kiểm tra ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến độ bền uốn modul đàn hồi uốn gỗ thể Hình 5.4 Từ hình cho thấy biến tính gỗ phương pháp ngâm tẩm ảnh hưởng tích cực đến độ bền uốn modul đàn hồi uốn Hình 5.4 Ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm gỗ Khi thời gian ngâm tẩm gỗ hóa chất đến độ bền uốn (MOR) modul đàn dung tăng từ 2h, 5h đến 8h độ hồi uốn (MOE) gỗ bền uốn modul đàn hồi uốn gỗ tăng; nhiên, thời gian ngâm tẩm tăng từ 5h đến 8h độ bền uốn modul đàn hồi uốn gỗ tăng không đáng kể Điều giải thích: thời gian ngâm tẩm 2h ngắn, chưa đủ thời gian để hạt nano dung dịch PEG-600 khuếch tán vào gỗ tạo nên lớp màng mỏng bao phủ bề mặt rỗng xốp cấu trúc gỗ; thời gian ngâm tẩm 5h đủ để hạt nano dung dịch PEG-600 di chuyển khuếch tán vào cấu trúc gỗ, kéo dài thời gian ngâm tẩm đến 8h không đem lại hiệu rõ rệt cải thiện độ bền uốn modul đàn hồi uốn tĩnh so với thời gian ngâm tẩm 5h 5.5 Độ hút nước Kết kiểm tra ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm hóa chất đến độ hút nước gỗ thể Hình 5.5 15 Từ kết đồ thị Hình 5.5 cho thấy gỗ biến tính làm giảm đáng kể độ hút nước Điều giải thích sau: ban đầu ngâm vào nước, với mẫu gỗ đối chứng, nước nhanh chóng thấm vào khoảng trống gỗ tia gỗ, ống dẫn nhựa, đến khoảng trống tế bào, lỗ mạch, ruột tế bào, vách tế bào ; với mẫu gỗ biến tính, hạt nano dung dịch PEG-600 tạo thành lớp màng mỏng bao phủ bề mặt rỗng xốp cấu trúc gỗ gây nên rào cản làm giảm khả thẩm thấu nước vào gỗ, độ hút nước mẫu gỗ biến tính giảm rõ rệt so với mẫu gỗ đối chứng Với thời gian ngâm nước kéo dài (2 tuần), lượng nước mẫu gỗ đạt gần tới lượng tối đa, nước thấm sâu vào ruột tế bào, vách tế bào, lượng hạt nano dung dịch PEG-600 tích tụ cấu trúc tế bào gỗ nhiều, độ hút Hình 5.5 Ảnh hưởng thời gian nước mẫu gỗ biến tính giảm so với ngâm tẩm hóa chất đến độ hút mẫu gỗ đối chứng nước gỗ theo thời gian ngâm (%) 16 CHƯƠNG KẾT LUẬN Với kết thu dự án, qua phân tích đánh giá rút số kết luận sau: - Đã xác định thông số tối ưu ngâm gỗ Tràm vàng (ngâm thường) dung dịch PEG-600 (T = 51 0C, t = giờ, N = 20%) Có thể áp dụng thơng số vào sản xuất thử nghiệm để tạo loại gỗ Tràm vàng - Đã xác định chất chế q trình biến tính hố học gỗ Tràm vàng PEG-600: trường hợp gỗ Tràm bơng vàngbiến tính PEG-600, tác nhân biến tính thấm sâu vào thành thứ cấp tế bào, lấp đầy mao quản, không bào, gian bào thành sơ cấp tế bào tạo nâng cao chất lượng gỗ Tràm bơng vàng biến tính - Qua kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian ngâm tẩm gỗ với dung dịch hạt cho thấy: o Gỗ biến tính với dung dịch nano PEG-600 cấp thời gian ngâm tẩm từ 5-8h đem lại hiệu cải thiện tính chất vật lý gỗ rõ rệt so với gỗ đối chứng o Độ cứng tĩnh mặt cắt tiếp tuyến gỗ tăng lên thời gian ngâm tẩm tăng lên từ 2-5-8h o Độ cứng va đập mặt cắt tiếp tuyến gỗ tăng lên thời gian ngâm tẩm tăng lên từ 2-5-8h o Tỷ lệ tổn hao khối lượng mài mòn mặt cắt tiếp tuyến gỗ giảm thời gian ngâm tẩm tăng lên từ 2-5-8h o Độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi uốn tĩnh theo phương dọc thớ gỗ tăng lên thời gian ngâm tẩm tăng từ 2-5-8h o Tỷ lệ chống hút nước gỗ tăng lên thời gian ngâm tẩm tăng lên từ 2-5-8h Như vậy, thông số dịch PEG-600 thời gian ngâm tẩm dung dịch có ảnh hưởng đến tính hóa tính gỗ Tràm vàng Trong điều kiện cụ thể nghiên cứu này, dịch PEG-600 (T = 51 0C, t = giờ, N = 20%) thời gian ngâm tẩm 5h phù hợp với biến tính gỗ, mà đảm bảo hiệu kinh tế 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Bỉ (1987), “Phương pháp lập giải tốn tối ưu Cơng Nghiệp Rừng”, Thông tin Khoa học Kỹ thuật, Trường Đại học Lâm Nghiệp Hồ Xuân Các, Hứa Thị Huần (1994), Công nghệ sản xuất ván dăm, Hội Khoa học kỹ thuật Lâm nghiệp TP Hồ Chí Minh Phạm Văn Chương, Nguyễn Văn Thuận (1994), Bài giảng Công nghệ sản xuất ván dăm gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp Trần Văn Chứ (2003), Công nghệ trang sức vật liệu gỗ, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Hà Chu Chử, Hồng Thúc Đệ (1998), Cơng nghệ hố lâm sản, Trường Đại học Lâm nghiệp Hà Chu Chử (1997) Hoá học cơng nghệ hố lâm sản, NXB Nơng nghiệp Vũ Cao Đàm (1996), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội Vũ Huy Đại, Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2005), “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ suất nén đến cường độ tính ổn định gỗ biến tính”, Tài liệu Hội nghị khoa học cơng nghệ Lâm nghiệp 20 năm đổi (1986- 2005), Hà Nội Trần Chí Đức (1981), Thống kê tốn học, NXB Nơng Nghiệp, Hà Nội 10 Ferhman (1973), Sổ tay hoá học, NXB Giáo dục, Hà Nội 11 Nguyễn Đình Hưng (1998), Bài giảng Khoa học gỗ, Hà Nội 12 Nguyễn Đình Hưng (1990), Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu gỗ số loài gỗ Việt Nam để định loại theo đặc điểm cấu tạo thô đại hiển vi, Dự án PTS Khoa học Nông nghiệp, Hà Nội 13 Nguyễn Đình Hưng, Tạp chí Lâm nghiệp số 7/1997, Những đặc điểm để giám định nhanh hai mầm mắt thường kính lúp x10 14 Nguyễn Đình Hưng, Kết nghiên cứu khoa học cơng nghệ Lâm nghiệp 1991-1995, 1996, Nghiên cứu phân loại gỗ việt nam theo hướng mục đích sử dụng, NXB Nơng Nghiệp, Hà Nội 15 Nguyễn Đình Hưng (2000), Khoa học gỗ, Hà Nội 16 Saka S, Sasaki M, Tanahashi M (1992), Wood-inorganic composites prepared by the sol-gel process I Wood- inorganic composites with porous structure Mokuzai gakkaishi 38, 1043-1049 17 Miyafuji H, Saka S (1996) Wood-inorganic composites prepared by the sol-gel process V Fire-resisting properties of the SiO2-P2O5-B2O3 wood-inorganic composites Mokuzai gakkaishi, 42(1), 74-80 18 Xiaolin Cai (2011), Effect of vacuum time, formulation, and nanoparticles on properties of surface-densified wood products, Wood and fiber Science, 43, No 3, July 2011 18