nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ biến tính nhiệt gỗ đến cấu tạo và cấu trúc hóa học gỗ keo tai tượng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN NGUYỄN VĂN TOÁN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CƠNG NGHỆ BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ ĐẾN CẤU TẠO VÀ CẤU TRÚC HÓA HỌC GỖ KEO TAI TƯỢNG Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản Mã số: 60 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, 2015 i BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MOR Độ bền uốn tĩnh DMOR Độ giảm độ bền uốn tĩnh MOE Mô đun đàn hồi uốn tĩnh DMOE Độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh ICS Độ tăng cường độ nén dọc DSG Độ giảm độ bền kéo trượt màng keo WRE Hiệu suất chống hút nước ASE Hệ số chống trương nở ML Độ tổn hao khối lượng DL Độ tổn hao kích thước FTIR Phổ hồng ngồi biến đổi Fourier XPS Phổ quang điện tử tia X XRD Phổ nhiễu xạ tia X T Nhiệt độ xử lý t Thời gian xử lý Y (X1, X2) Hàm mục tiêu theo biến X1 X2 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Gỗ xử lý nhiệt dùng cơng trình lâm viên 18 Hình 1.2 Gỗ xử lý nhiệt sử dụng phòng tắm 18 Hình 1.3 Gỗ xử lý nhiệt dùng làm ván ốp tường trời 18 Hình 1.4 Gỗ xử lý nhiệt dùng sản xuất bàn ghế ăn nhà hàng 18 Hình 2.1 Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ 21 Hình 2.2 Cấu tạo hóa học xenlulo sản phẩm thủy phân xenlulo qua metyl hóa 23 Hình 2.3 Liên kết hydro vách tế bào gỗ 24 Hình 2.4 Sự thay đổi liên kết hydro phân tử xenlulo trình xử lý nhiệt (Nguồn: Jian Li, Wood science, 2002) 37 Hình 2.5 Quá trình nhiệt giải hemixenlulo gỗ (Nguồn: Wood modification, 2006) 39 Hình 2.6 Quá trình nhiệt giải xenlulo (Nguồn: Wood modification, 2006) 41 Hình 2.7 Cơ chế phản ứng gỗ trình xử lý nhiệt (Nguồn:  ThermoWood Handbook) 42 Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát trình nghiên cứu thực nghiệm Luận án 49 Hình 3.2 Mơ hình tốn xác định thơng số tối ưu xử lý nhiệt cho gỗ Keo tai tượng 51 Hình 3.3 Sơ đồ cơng nghệ biến tính nhiệt độ cao cho gỗ Keo tai tượng 55 Hình 3.4 Thiết bị xử lý nhiệt 58 Hình 4.1 Quan hệ thời gian độ tổn hao kích thước gỗ 67 Hình 4.2 Quan hệ nhiệt độ độ tổn hao kích thước gỗ 67 Hình 4.3 Quan hệ thời gian độ tổn hao khối lượng gỗ 69 Hình 4.4 Quan hệ nhiệt độ độ tổn hao khối lượng gỗ 69 Hình 4.5 Quan hệ thời gian hệ số chống trương nở 71 Hình 4.6 Quan hệ nhiệt độ hệ số chống trương nở 71 Hình 4.7 Quan hệ thời gian hiệu suất chống hút nước 72 Hình 4.8 Quan hệ nhiệt độ hiệu suất chống hút nước 73 Hình 4.9 Quan hệ thời gian độ tăng cường độ nén dọc 74 Hình 4.10 Quan hệ nhiệt độ độ tăng cường độ nén dọc 75 Hình 4.11 Quan hệ thời gian độ giảm độ bền uốn tĩnh 76 Hình 4.12 Quan hệ nhiệt độ độ giảm độ bền uốn tĩnh 77 Hình 4.13 Quan hệ thời gian độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 78 Hình 4.14 Quan hệ nhiệt độ độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 79 Hình 4.15 Quan hệ thời gian độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 80 Hình 4.16 Quan hệ nhiệt độ độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 81 Hình 4.21 Hệ số chống trương nở (ASE) gỗ Keo tai tượng xử lý với chế độ khác 85 Hình 4.22 Đồ thị tương quan giá trị thực nghiệm giá trị hồi quy hệ số chống trương nở 86 iii Hình 4.29 Đồ thị tương quan giá trị thực nghiệm giá trị hồi quy độ giảm độ bền uốn tĩnh 91 Hình 4.30 Độ giảm mơ đun đàn hồi uốn tĩnh gỗ Keo tai tượng xử lý với chế độ khác 92 Hình 4.31 Đồ thị tương quan giá trị thực nghiệm giá trị hồi quy độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 93 Hình 4.32 Độ giảm độ bền kéo trượt màng keo gỗ Keo tai tượng xử lý với chế độ khác 94 Hình 4.33 Đồ thị tương quan giá trị thực nghiệm giá trị hồi quy độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 94 Hình 4.34 Lỗ thông ngang vách tế bào mạch gỗ trước xử lý 97 Hình 4.35 Lỗ thông ngang vách tế bào mạch gỗ sau xử lý (200 oC, 8h) 98 Hình 4.36 Sơ đồ nguyên lý đo phổ hồng ngoại 99 Hình 4.37 Phổ hồng ngoại mẫu gỗ Keo tai tượng đối chứng 102 Hình 4.38 Phổ hồng ngoại mẫu gỗ Keo tai tượng 104 Hình 4.39 Sơ đồ trình đo phổ quang điện tử tia X 108 Hình 4.40 Phổ XPS gỗ Keo tai tượng với giải quét rộng 109 Hình 4.41 Phổ XPS mẫu đối chứng với giải quét hẹp vị trí C1s 111 Hình 4.42 Phổ XPS mẫu đối chứng với giải quét hẹp vị trí O1s 111 Hình 4.43 Phổ XPS gỗ sau xử lý nhiệt với giải quét rộng 114 Hình 4.44 Biểu đồ hàm lượng tương đối nguyên tố C bề mặt mẫu chế độ xử lý khác 115 Hình 4.45 Biểu đồ hàm lượng tương đối nguyên tố O bề mặt mẫu chế độ xử lý khác 116 Hình 4.46 Biểu đồ tỉ lệ O/C bề mặt mẫu chế độ xử lý khác 117 Hình 4.47 Phương pháp đo tính độ kết tinh xenlulo 121 Hình 4.48 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu gỗ Keo tai tượng trước sau xử lý nhiệt 122 Hình 4.49 Sự thay đổi độ kết tinh gỗ chế độ xử lý khác 124 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc điểm số công nghệ xử lý nhiệt Bảng 1.2 Phân loại ứng dụng gỗ xử lý nhiệt theo công nghệ ThermoWood 17 Bảng 3.1 Các mức bước thay đổi thơng số thí nghiệm 52 Bảng 3.2 Thông số thực nghiệm với yếu tố ảnh hưởng 52 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật thiết bị xử lý 57 Bảng 4.1 Phân vùng phổ hồng ngoại 100 Bảng 4.2 Thuộc tính phổ FTIR gỗ Keo tai tượng đối chứng 103 Bảng 4.3 Số sóng độ hấp thụ vị trí nhóm chức gỗ Keo tai tượng xử lý nhiệt phân tích phổ hồng ngoại FTIR 105 Bảng 4.4 Hàm lượng tương đối nguyên tố C O bề mặt mẫu gỗ trước sau xử lý nhiệt độ cao 115 Bảng 4.5 Hàm lượng loại liên kết nguyên tố C phân tích phổ XPS gỗ trước sau xử lý nhiệt độ cao 118 Bảng 4.6 Hàm lượng loại liên kết nguyên tố O phân tích phổ XPS gỗ trước sau xử lý nhiệt độ cao 119 Bảng 4.7 Độ kết tinh xenlulo gỗ Keo tai tượng xử lý chế độ khác 123 v MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm gỗ xử lý nhiệt 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Các nghiên cứu tỉ lệ tổn hao khối lượng gỗ 1.2.2 Các nghiên cứu tính ổn định kích thước 10 1.2.3 Các nghiên cứu khả chống vi sinh vật 12 1.2.4 Các nghiên cứu tính chất học gỗ 13 1.2.5 Các nghiên cứu tính thấm ướt khả dán dính 14 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.4 Ứng dụng gỗ xử lý nhiệt 16 1.5 Nhận xét đánh giá định hướng nghiên cứu 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1 Thành phần hóa học gỗ 21 2.1.1 Xenlulo 21 2.1.2 Hemixenlulo 29 2.1.3 Lignin 31 2.2 Quá trình nhiệt giải gỗ 31 2.2.1 Các giai đoạn trình nhiệt giải gỗ 31 2.2.2 Quá trình nhiệt giải thành phần gỗ 33 2.3 Cơ chế biến đổi tính chất gỗ xử lý nhiệt 35 2.3.1 Cơ chế biến đổi khối lượng thể tích gỗ 35 2.3.2 Cơ chế biến đổi tính ổn định kích thước gỗ 35 2.3.3 Cơ chế biến đổi tính chất học gỗ 38 2.4 Keo tai tượng 43 2.4.1 Đặc điểm nhận biết 43 2.4.2 Đặc tính sinh học sinh thái học 43 2.4.3 Đặc điểm cấu tạo gỗ 44 2.4.4 Tính chất 45 2.4.5 Công dụng 45 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG 46 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 3.1 Đối tượng nghiên cứu 46 3.2 Phạm vi nghiên cứu 46 3.3 Mục tiêu nghiên cứu 46 vii 3.3.1 Mục tiêu lý luận 46 3.3.2 Mục tiêu thực tiễn 47 3.4 Nội dung nghiên cứu 47 3.5 Phương pháp nghiên cứu 48 3.5.1 Phương pháp lý thuyết 48 3.5.2 Phương pháp thực nghiệm 49 3.6 Ý nghĩa Luận án 64 3.6.1 Ý nghĩa khoa học 64 3.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 64 3.7 Những đóng góp Luận án 65 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 66 4.1 Kết ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính đến tính chất cơ, vật lý gỗ Keo tai tượng (thực nghiệm quy hoạch đơn yếu tố) 66 4.1.1 Ảnh hưởng đến độ tổn hao kích thước 66 4.1.2 Ảnh hưởng đến độ tổn hao khối lượng 67 4.1.3 Ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước 70 4.1.4 Ảnh hưởng đến hiệu suất chống hút nước 71 4.1.5 Ảnh hưởng đến cường độ nén dọc thớ 73 4.1.6 Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 75 4.1.7 Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi 77 4.1.8 Ảnh hưởng đến khả dán dính gỗ xử lý nhiệt 79 4.2 Kết ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính đến tính chất cơ, vật lý gỗ Keo tai tượng (thực nghiệm quy hoạch đa yếu tố) 81 4.2.1 Ảnh hưởng đến tổn hao khối lượng 81 4.2.2 Ảnh hưởng đến độ tổn hao kích thước 83 4.2.3 Ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước 85 4.2.4 Ảnh hưởng đến hiệu suất chống hút nước 86 4.2.5 Ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ 89 4.2.6 Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 90 4.2.7 Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi (MOE) 92 4.2.8 Ảnh hướng đến khả dán dính gỗ xử lý nhiệt 93 4.3 Xác định thông số nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính 95 4.4 Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến cấu tạo hiển vi gỗ 96 4.5 Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến cấu trúc hóa học gỗ 98 4.5.1 Cấu trúc hóa học gỗ phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) 99 4.5.2 Cấu trúc hóa học gỗ phân tích phổ XPS 1077 4.5.3 Cấu trúc hóa học gỗ phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 Kết luận 126 Kiến nghị 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 137 PHỤ LỤC 1388 PHẦN MỞ ĐẦU Gỗ loại vật liệu sinh học tự nhiên, có vai trị lớn sinh hoạt người bảo vệ môi trường Gỗ có đặc điểm phẩm chất đặc biệt mà loại vật liệu khác so sánh được, như: màu sắc tự nhiên, ơn hịa, hoa văn đẹp; ngồi gỗ loại vật liệu có thuộc tính sinh thái, cấu tạo nên từ thể phức hợp hợp chất cao phân tử tự nhiên, hàm chứa 50% Carbon – “nguyên tố sống” Do Carbon gỗ tồn kết cấu hợp chất hữu cao phân tử, nên gỗ có tác dụng tích lũy giảm thải Carbon, từ ngăn cản “hiệu ứng nhà kính” hệ sinh thái trái đất tạo bảo vệ môi trường sống người [87] Gỗ thay kim loại, bê tơng cơng trình kiến trúc, từ có tác dụng giảm thiểu lượng khí CO2 thải môi trường Năng lượng tiêu hao q trình sản xuất gia cơng gỗ ít, vào số thí nghiệm đo sản xuất khối lượng vật liệu nhau, bê tông tiêu hao gấp 3-4 lần, chất dẻo tiêu hao 35-45 lần, sắt thép tiêu hao gấp 50-60 lần, nhôm tiêu hao 100 lần so với gỗ [89] Gỗ có đặc điểm mà loại vật liệu xây dựng khác so sánh như: hệ số phẩm chất cao lại dễ gia cơng Vì lượng tiêu hao q trình vận chuyển gia cơng ln nhỏ nhiều so với bê tông gang thép Gỗ thể hữu phức hợp, tồn số nhược điểm, như: dễ mục, dễ cháy, tính bền kém; tính hút ẩm cao, ứng lực sinh trưởng lớn, dễ nứt nẻ, biến dạng, kích thước khơng ổn định… Những nhược điểm hạn chế phạm vi sử dụng giá trị ứng dụng gỗ Vì vậy, để đáp ứng với yêu cầu sử dụng cụ thể, cải thiện tạo công gỗ, việc lựa chọn phương pháp phù hợp để tiến hành xử lý biến tính gỗ, tạo loại vật liệu gỗ mới, từ khắc phục nhược điểm tự nhiên sinh tạo gỗ có tính mới, nâng cao giá trị, mở rộng phạm vi sử dụng lợi dụng có hiệu tài nguyên gỗ cần thiết [87] [86] Hiện nay, nhà khoa học giới trọng đến nghiên cứu biến tính gỗ Những năm gần đây, với nâng cao đời sống người, có nhiều báo cáo nước ngồi, có đề xuất vấn đề an toàn việc sử dụng hóa chất xử lý gỗ Trong cơng nghệ xử lý nay, thị trường sản phẩm gỗ từ cơng nghệ xử lý khơng sử dụng hóa chất ngày mở rộng Trong đó, biến tính gỗ theo phương pháp xử lý nhiệt ý đến, nghiên cứu biến tính gỗ có tiến triển định [22] [46] Cơng nghệ biến tính nhiệt hay biến tính nhiệt cơng nghệ xử lý gỗ nhiệt độ khoảng 160-260 oC [30], mơi trường có vật chất bảo vệ nước, khí trơ, khơng khí ơxy…, biến tính nhiệt công nghệ bảo quản gỗ thân thiện với mơi trường, thơng qua biến tính nhiệt cải thiện tính ổn định kích thước, tính bền màu sắc gỗ, sản phẩm gỗ thu sau xử lý gọi “gỗ biến tính nhiệt” “gỗ Carbon hóa” Gỗ biến tính nhiệt có đặc điểm như: Màu sắc gần giống với loài gỗ quý ổn định, tính ổn định kích thước cao, khả chống vi sinh vật tốt, an toàn với mơi trường, dễ lưu trữ Tuy nhiên, có số tồn cường độ gỗ khả dán dính sau xử lý biến tính bị thay đổi công nghệ xử lý không hợp lý Với ưu điểm sản phẩm sản xuất cơng nghệ biến tính nhiệt cho thấy việc áp dụng cơng nghệ biến tính nhiệt xử lý biến tính gỗ nói chung gỗ rừng trồng nói riêng có ý nghĩa mặt thực tiễn tiềm việc thương mại hóa sản phẩm sản xuất công nghệ Trong năm gần ngành Công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam có bước phát triển vượt bậc; sản phẩm gỗ xuất Việt Nam có mặt thị trường 120 nước giới Kim ngạch xuất sản phẩm năm 2011 đạt 4,05 tỷ USD; năm 2012 đạt 4,67 tỷ USD; năm 2013 đạt 5,5 tỷ USD; Hiện nay, đồ gỗ xem mặt hàng xuất chủ lực xếp vào 16 mặt hàng trọng điểm xúc tiến thương mại Quốc gia Thực Chỉ thị số 19/1999/CT-TTg Thủ tướng Chính phủ ngày 16 tháng năm 1999 việc thực biện pháp đẩy mạnh tiêu thụ gỗ rừng trồng Chỉ thị số 19/2004/CT-TTg Thủ tướng Chính phủ ngày 01 tháng năm 2004 số giải pháp phát triển ngành chế biến gỗ xuất sản phẩm gỗ; ngành chế biến gỗ Việt Nam ngành kinh tế liên quan tích cực, chủ động tìm kiếm ngun liệu, cải tiến công nghệ, thiết bị … để đẩy mạnh phát triển sản xuất xuất đồ gỗ Tuy nhiên, khó khăn Việt Nam vấn đề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập 80% nguyên liệu, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm tỷ lệ lớn Trong đó, với nỗ lực chương trình trồng rừng, có sản lượng lớn gỗ rừng trồng Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ lớn, gỗ rừng tự nhiên quý bị cấm khai thác, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng dùng làm nguyên liệu sản xuất sản phẩm mộc có giá trị cao yêu cầu cấp bách đặt Luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng công nghệ biến tính nhiệt gỗ đến cấu tạo cấu trúc hóa học gỗ Keo tai tượng” góp phần vào việc áp dụng cơng nghệ mới, gây tác động xấu đến môi trường tạo sản phẩm gỗ đạt yêu cầu nguyên liệu cho nhiều lĩnh vực từ gỗ mọc nhanh rừng trồng nói chung, gỗ Keo tai tượng nói riêng 122 gỗ [83] [94] Đặc trưng phổ XRD mẫu gỗ Keo tai tượng trước sau xử lý thể hình 4.48 Hình 4.48 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu gỗ Keo tai tượng trước sau xử lý nhiệt Từ hình 4.48 thấy, gỗ Keo tai tượng sau xử lý 200oC thời gian so với gỗ đối chứng có vị trí đỉnh peak bề mặt tinh thể 002 tương đồng Điều thể xử lý nhiệt độ cao không gây ảnh hưởng đến vị trí đỉnh peak bề mặt tinh thể 002, tức không làm thay đổi khoảng cách lớp tinh thể Thông qua phổ XRD mẫu gỗ xử lý chế độ khác thí nghiệm xác định độ kết tinh xenlulo gỗ đối chứng gỗ sau xử lý nhiệt Kết thể Bảng 4.7 123 Bảng 4.7 Độ kết tinh xenlulo gỗ Keo tai tượng xử lý chế độ khác Chế độ xử lý Nhiệt độ, oC Thời gian, h Độ kết tinh trung bình xenlulo, % ĐC 58,61 CĐ1 170 60,06 CĐ2 180 62,84 CĐ3 180 63,60 CĐ4 190 65,23 CĐ5 190 66,29 CĐ6 190 10 65,70 CĐ7 200 66,75 CĐ8 200 66,90 CĐ9 210 66,98 Từ Bảng 4.7 ta thấy, độ kết tinh xenlulo gỗ qua xử lý nhiệt cao so với gỗ đối chứng theo quy luật định (Hình 4.49) 124 Hình 4.49 Sự thay đổi độ kết tinh gỗ chế độ xử lý khác Từ hình 4.49 ta thấy, nhiệt độ xử lý tăng lên, độ kết tinh xenlulo gỗ tăng lên Tuy nhiên, với mẫu gỗ xử lý nhiệt độ khoảng 200 oC độ kết tinh gỗ gần giữ giá trị ổn định Nguyên nhân dẫn đến thay đổi độ kết tinh q trình xử lý nhiệt nhóm hydroxyl (-OH) chuỗi xenlulo bề mặt vi sợi (microfibril) xảy mối liên kết ngang tách phân tử nước, làm cho vi sợi xếp cách có trật tự hơn; đồng thời phân tử xenlulo vùng vơ định hình tự xếp lại có trật tự hơn, từ làm cho độ kết tinh xenlulo gỗ sau xử lý nhiệt cao so với gỗ đối chứng xác định phổ nhiễu xạ tia X Khi nhiệt độ tăng lên 200oC, hemixenlulo bị thủy phân tạo a xít axetic có tác dụng phân giải phần xenlulo vùng vơ định hình, chí vùng kết tinh vi sợi, từ làm cho kết cấu hóa học gỗ thay đổi Điều làm cho số tính chất gỗ 125 thay đổi theo hưởng nâng cao tính ổn định kích thước gỗ số tính chất học gỗ giảm 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với thông số công nghệ mà Luận án thực hiện, nhiệt độ xử lý biến đổi từ 170 oC đến 210 oC thời gian xử lý biến đổi từ 2h đến 10h, môi trường xử lý môi trường khơng khí áp suất thường; qua xác định tính chất gỗ phân tích mối tương quan chúng, Luận án đưa kết luận sau: (1) Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến tính chất gỗ  Kích thước khối lượng gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt giảm xuống tăng nhiệt độ kéo dài thời gian xử lý nhiệt Độ tổn hao kích thước gỗ tới 3%, độ tổn hao khối lượng gỗ tới 14% Đây sở để xác định kích thước phôi trước đưa xử lý  Gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt có độ ổn định kích thước cao, ASE đạt tới 45-50% Tuy nhiên, hiệu suất chống hút nước (WRE) gỗ Keo tai tượng sau xử lý tăng không nhiều, 20%  Cùng với thay đổi tính chất vật lý, số tính chất học gỗ Keo tai tượng sau xử lý có thay đổi Trong đó, độ bền nén dọc thớ tăng lên nhiệt độ xử lý thời gian xử lý tăng, tối đa tăng đến 20-25% Tuy nhiên, độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh gỗ giảm xuống tăng nhiệt độ thời gian xử lý; độ giảm tối đa đến 20-25% với độ bền uốn tĩnh, 14-16% với mô đun đàn hồi uốn tĩnh  Khả dán dính gỗ xử lý nhiệt qua xác định độ bền kéo trượt màng keo cho thấy, gỗ sau xử lý nhiệt có độ bền kéo trượt màng 127 keo thấp gỗ chưa xử lý, độ bền kéo trượt màng keo giảm tới 25%  Các tiêu chất lượng gỗ mà Luận án nghiên cứu phân tích có quy luật biến đổi phù hợp với nghiên cứu nước Gỗ sau xử lý nhiệt khắc phục nhược điểm gỗ Keo tai tượng nâng cao tính ổn định kích thước Nhưng với số tính chất học gỗ giảm xuống Tuy nhiên, vào số trường hợp sử dụng gỗ, yêu cầu khả chịu lực gỗ khơng cao, hồn tồn sử dụng gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt để sản xuất, từ nâng cao chất lượng sản phẩm sản xuất từ gỗ Keo tai tượng xử lý nhiệt (2) Thông số công nghệ hợp lý để xử lý nhiệt gỗ Keo tai tượng  Nhằm xác định thông số công nghệ hợp lý để xử lý, Luận án áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố lập phương trình tương quan tiêu chất lượng gỗ tham số công nghệ xử lý Cụ thể sau: - Độ tổn hao khối lượng (ML) ML = 126,06 – 1,47T + 0,0044T2 – 0,85t + 0,0065Tt – 0,0035t2 - Độ tổn hao kích thước (DL) DL = 30,81 – 0,349T + 0,001T2 – 0,436t + 0,0027Tt + 0,0049t2 - Hệ số chống trương nở (ASE) ASE = 257,74 – 3,505T + 0,0115T2 + 4,035t + 0,003Tt – 0,19t2 - Hiệu suất chống hút nước (WRE) WRE = -212,55 + 1,982T - 0,0042T2 + 1,61t - 0,0066Tt + 0,0034t2 - Độ tăng cường độ nén dọc (ICS) ICS = 86,959 – 1,098T + 0,0035T2 - 4,66t + 0,032Tt – 0,028t2 - Độ giảm độ bền uốn tĩnh (DMOR) 128 DMOR = 774,969 – 8,464T + 0,0233T2 - 9,575t + 0,0459Tt + 0,154t2 - Độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh (DMOE) DMOE = 291,18 – 3,35T + 0,0097T2 + 0,105t - 0,0025Tt + 0,057t2 - Độ giảm độ bền kéo trượt màng keo (DSG) DSG = 226,4 – 2,99T + 0,0097T2 + 3,5t - 0,015Tt  Sau giải tốn tối ưu, Luận án xác định thơng số công nghệ xử lý hợp lý cho gỗ Keo tai tượng là: - Nhiệt độ: T = 191,25 oC - Thời gian: t = 5,78 h  Với thông số tối ưu tiêu chất lượng tính toán gỗ Keo tai tượng xử lý nhiệt sau: ML = 8.01 %; DL = 1,26 %; ASE = 28,33% ; WRE = 15% ; ICS = 12,49% ; DMOR = 9%; DMOE = 5,03%; DSG = 13% (3) Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến cấu tạo cấu trúc hóa học  Cấu tạo hiển vi gỗ Keo tai tượng quan sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy, sau xử lý nhiệt thành phần bị ảnh hưởng lớn hệ thống lỗ thông ngang vách tế bào mạch gỗ  Kết hợp phương pháp phân tích đại (FTIR XPS) tìm thay đổi cấu trúc hóa học gỗ Keo tai tượng, là: (1) Hàm lượng nhóm thân nước (-OH) giảm xuống tăng nhiệt độ thời gian xử lý, đồng thời chất chiết xuất bị dịch chuyển bề mặt gỗ làm cho màu sắc gỗ đậm  Kết phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy độ kết tinh xenlulo gỗ sau xử lý nhiệt tăng lên, điều gây ảnh hưởng đến độ dẻo dai gỗ Với đặc điểm gỗ sau xử lý nhiệt phạm vi nghiên cứu Luận án cho thấy: công nghệ xử lý nhiệt độ cao mơi trường khơng 129 khí hồn tồn áp dụng để xử lý nâng cao tính ổn định kích thước gỗ Keo tai tượng sử dụng sản xuất đồ mộc nội địa xuất khẩu, mà gây ảnh hưởng xấu đến cường độ chịu lực Kiến nghị (1) Do gỗ rừng trồng nói chung, gỗ Keo tai tượng nói riêng thường xảy nhiều khuyết tật sấy, vấn đề khó khăn cần giải để nâng cao hiệu cơng nghệ xử lý nhiệt tìm giải pháp hạn chế khuyết tật giai đoạn sấy trước đưa vào xử lý nhiệt độ cao; (2) Do điều kiện thiết bị thí nghiệm mục tiêu Luận án, trình thực xử lý cho gỗ có kích thước nhỏ, thực tế thường cần xử lý với phôi gỗ kích thước lớn Vì để phù hợp với thực tiễn sản xuất, cần vào kết nghiên cứu Luận án để điều chỉnh thông số công nghệ tiến hành nghiên cứu sản xuất gỗ với kích thước lớn theo yêu cầu sản xuất thực tế; (3) Để định hướng giải pháp gia công phù hợp cho gỗ xử lý nhiệt để sản xuất đồ gỗ cần nghiên cứu khả gia công gỗ xử lý nhiệt máy thông dụng; (4) Gỗ sau xử lý nhiệt có màu sắc đậm so với gỗ chưa xử lý Hơn có xu hướng chuyển thành màu số loài gỗ quý hiếm, đó, nghiên cứu xác lập mối tương quan màu sắc gỗ với tiêu chất lượng gỗ thông số công nghệ xử lý nhiệt, từ làm sở đánh giá, phân loại chất lượng gỗ xử lý nhiệt sản xuất thực tiễn sở kiểm tra màu sắc (5) Trên sở kết nghiên cứu Luận án kết nghiên cứu liên quan, xây dựng quy trình xử lý nhiệt áp dụng cho sản xuất đồ mộc xuất từ gỗ rừng trồng mọc nhanh 130 (6) Trên sở kết Luận án, tiếp tục nghiên cứu đặc điểm sinh học gỗ xử lý nhiệt khả kháng nấm vi sinh vật co hại cho độ bền gỗ rừng trồng mọc nhanh 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bỉ N V (2005), Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, Tài liệu giảng dạy dành cho sinh viên ngành Chế biến Lâm sản, Đại học Lâm nghiệp Chuong P V and V M Tuong (2013), "Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến số tính chất vật lý gỗ Keo tràm xử lý chậm cháy", Nông nghiệp Phát triển Nông thôn,(2), tr 87-92 Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội Nguyễn Hải Tuất, Ngô Kim Khôi (1996), Xử lý thống kê kết nghiên cứu thực nghiệm nơng, Lâm nghiệp máy vi tính, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Lê Xn Tình (1998), Khoa học gỗ, NXB Nông nghiệp, Hà Nội Lê Xuân Tình, Nguyễn Đình Hưng, Nguyễn Xuân Khu (1992), Lâm sản bảo quản lâm sản (Tập 1), Trường Đại học Lâm nghiệp Hồ Sỹ Tráng (2003), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza – Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (2000), Giáo trình hóa gỗ, Hà Nội Trường Đại học Lâm nghiệp (2004), Công nghệ biến tính gỗ, Hà Tây Tiếng Anh 10 Alén R., R Kotilainen, et al (2002), "Thermochemical behavior of Norway spruce ( Picea abies ) at 180–225 °C", Wood Science and Technology, 36(2), pp 163-171 11 Barry A O., Z Koran, et al (1990), "Surface analysis by ESCA of sulfite posttreated CTMP", J Appl Polym Sci., 39(1), pp 31-42 12 Boonstra M (2008), A two-stage thermal modification of wood, Ph.D Thesis, Henry Poincaré University 13 Boonstra M., J van Acker, et al (2007), "Optimisation of a two-stage heat treatment process: durability aspects", Wood Science and Technology, 41(1), pp 31-57 14 Boonstra M J and B Tjeerdsma (2006), "Chemical analysis of heat treated softwoods", Eur J Wood Wood Prod., 64(3), pp 204-211 15 Boonstra M J., J Van Acker, et al (2007), "Strength properties of thermally modified softwoods and its relation to polymeric structural wood constituents", Annals of Forest Science, 64(7), pp 679-690 132 16 Burmester A (1973), "Einfluss einer Wärme-Druck-Behandlung haldtrockenen Holzes auf seine Formbeständigkeit", Holz Roh-Werkst., 31, pp 237-243 17 Burmester A (1975), "Zur Dimensionsstabilisierung von Holz", Holz RohWerkst., 33( ), pp 333-335 18 BV P I (2002), "The Plato Technology," tr 19 Chuong P V (2011), "Influences of the hydro-thermal treatment on physical properties of Acacia auriculiformis wood", 2011 International Symposium on Comprehensive Utilization of Wood Based Resources, Zhejiang A&F University, Lin'an, Zhejiang 20 D Jakonov K and T Konepleva (1967), "Moisture absorption by Scots Pine wood after heat treatment", Arhangel’sk, 10(1), pp 112-114 21 Esteves B., I Domingos, et al (2007), "Improvement of technological quality of eucalypt wood by heat treatment in air at 170-200 degrees C", Forest Products Journal, 57(1-2), pp 47-52 22 Esteves B and H Pereira (2009), "Wood modification by heat treatment: A review", Bioresources, 4(1), pp 370-404 23 Esteves B M., I J Domingos, et al (2008), "Pine Wood Modification by Heat Treatment in Air", Bioresources, 3(1), pp 142-154 24 Fengel D (1966), "On the changes of the wood and its components within the temperature range up to 200ºC - Part 1", Holz Roh-Werkst , 24( ), pp 9-14 25 Fengel D (1966), "On the changes of the wood and its components within the temperature range up to 200ºC - Part 2", Holz Roh-Werkst., 24( ), pp 98-109 26 Follrich J., U Müller, et al (2006), "Effects of thermal modification on the adhesion between spruce wood (Picea abies Karst.) and a thermoplastic polymer", European Journal of Wood and Wood Products, 64(5), pp 373376 27 Giebeler E (1983), "Dimensionsstabilisierung von Holz durch eine Feuchte/Wärme/Druck-Behandlung", Holz Roh-Werkst., 41( ), pp 87-94 28 Hakkou M., M Petrissans, et al (2005), "Wettability changes and mass loss during heat treatment of wood", Holzforschung, 59(1), pp 35-37 29 Hakkou M., M Petrissans, et al (2005), "Investigation of wood wettability changes during heat treatment on the basis of chemical analysis", Polymer Degradation and Stability, 89(1), pp 1-5 30 Hill C A S (2006), Thermal Modification of Wood, Wood Modification, C A S Hill, Chichester, John Wiley & Sons, tr 99-127 31 Hill C A S (2006), Wood Modification, Chichester, John Wiley & Sons 32 Hillis W E (1984), "High temperature and chemical effects on wood stability Part General considerations", Wood Science and Technology, 18(4), pp 281-293 33 Holger Militz and I B Tjeerdsma (2000), "Heat treatment of wood by the PLATO-Process", Seminar for production and development of heat treated wood in Europe, Finland 133 34 Hua X., S Kaliaguine, et al (1993), "Surface analysis of explosion pulps by ESCA Part Carbon (1s) spectra and oxygen-to-carbon ratios", Wood Sci Technol., 27(6), pp 449-459 35 Hua X., S Kaliaguine, et al (1993), "Surface analysis of explosion pulps by ESCA Part Oxygen (1 s) and sulfur (2p) spectra", Wood Sci Technol., 28(1), pp 1-8 36 Ilharco L M., A R Garcia, et al (1997), "Infrared Approach to the Study of Adsorption on Xenlulo:  Influence of Xenlulo Crystallinity on the Adsorption of Benzophenone", Langmuir, 13(15), pp 4126-4132 37 Inari G N., S Mounguengui, et al (2007), "Evidence of char formation during wood heat treatment by mild pyrolysis", Polym Degrad Stab., 92(6), pp 997-1002 38 Inari G N., M Petrissans, et al (2006), "XPS characterization of wood chemical composition after heat-treatment", Surf Interface Anal., 38(10), pp 1336-1342 39 Kamdem D P., A Pizzi, et al (2002), "Durability of heat-treated wood", European Journal of Wood and Wood Products, 60(1), pp 1-6 40 Kamdem D P., A Pizzi, et al (2000), "Heat-treated timber: potentially toxic byproducts presence and extent of wood cell wall degradation", Holz Als Roh-Und Werkstoff, 58(4), pp 253-257 41 Kamdem D P., B Riedl, et al (1991), "ESCA spectroscopy of poly (methyl methacrylate) grafted onto wood fibers", J Appl Polym Sci., 43(10), pp 1901-1912 42 Kocaefe D., J L Shi, et al (2008), "Mechanical properties, dimensional stability, and mold resistance of heat-treated jack pine and aspen", Forest Products Journal, 58(6), pp 88-93 43 Kollmann F and D Fengel (1965), "Changes in the chemical composition of wood by heat treatment", Holz Roh-Werkst., 12( ), pp 461-468 44 Kollmann F and A Schneider (1963), "On the sorption behaviour of heat stabilized wood", European Journal of Wood and Wood Products, 21(3), pp 77-85 45 Li J (2003), Wood spectroscope (in Chinese), Beijing, Science press 46 Militz H (2002), "Thermal treatment of wood: European Processes and their background", The 33rd Annual meeting on the International Research Group on Wood Preservation, Cardiff-Wales 47 Nikolov S and E Encev (1967), "Effect of heat treatment on the sorption dynamics of Beech wood", Nauc Trud Lesoteh., 14(3), pp 71-77 48 Nzokou P and D P Kamdem (2005), "X-ray photoelectron spectroscopy study of red oak- (Quercus rubra), black cherry- (Prunus serotina) and red pine(Pinus resinosa) extracted wood surfaces", Surf Interface Anal., 37(8), pp 689-694 49 Obataya E., S Shibutani, et al (2006), "Effects of high temperature kiln drying on the practical performances of Japanese cedar wood (Cryptomeria japonica) 134 I: changes in hygroscopicity due to heating", Journal of Wood Science, 52(1), pp 33-38 50 Obataya E., S Shibutani, et al (2006), "Effects of high temperature kiln drying on the practical performances of Japanese cedar wood (Cryptomeria japonica) II: changes in mechanical properties due to heating", Journal of Wood Science, 52(2), pp 111-114 51 Pandey K K and A J Pitman (2003), "FTIR studies of the changes in wood chemistry following decay by brown-rot and white-rot fungi", International Biodeterioration & Biodegradation, 52(3), pp 151-160 52 Phuong L X., S Shida, et al (2007), "Effects of heat treatment on brittleness of Styrax tonkinensis wood", Journal of Wood Science, 53(3), pp 181-186 53 Phuong L X., S Shida, et al (2006), "Effect of heat treatment on bending strength and decay resistance of Styrax tonkinensis wood", Wood Preserv., 32(1), pp 7-12 54 Phuong L X., M Takayama, et al (2007), "Determination of the accessible hydroxyl groups in heat-treated Styrax tonkinensis (Pierre) Craib ex Hartwich wood by hydrogen-deuterium exchange and 2H NMR spectroscopy", Holzforschung, 61(5), pp 488-491 55 Pizzi A (1982), "The chemistry and kinetic behavior of Cu-Cr-As/B wood preservatives II Fixation of the Cu/Cr system on wood", Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, 20(3), pp 707-724 56 Rapp A O and M Sailer "Heat treatment of wood in Germany- state of the art," tr 57 Repellin V and R Guyonnet (2005), "Evaluation of heat-treated wood swelling by differential scanning calorimetry in relation to chemical composition", Holzforschung, 59(1), pp 28-34 58 Rowell R M (2005), Handbook of wood chemistry and wood composites, Boca Raton, Florida, CRC Press 59 Rusche H (1973), "Thermal degradation of wood at temperatures up to 200ºC: Part I", Holz Roh-Werkst., 31( ), pp 273-281 60 Rusche H (1973), "Thermal degradation of wood at temperatures up to 200ºC: Part II", Holz Roh-Werkst., 31( ), pp 307-312 61 Seborg R., M Millet, et al (1945), "Heat-stabilized compressed wood Staypack", Mech Eng., 67( ), pp 25-31 62 Seborg R., H Tarkow, et al (1953), "Effect of heat upon the dimensional stabilisation of wood", J For Prod Res Soc., 3(9), pp 59-67 63 Sivonen H., S L Maunu, et al (2002), "Magnetic resonance studies of thermally modified wood", Holzforschung, 56(6), pp 648-654 64 Stamm A., H Burr, et al (1946), "Stayb-wood-A heat stabilized wood", Ind Eng Chem., 38(6), pp 630-634 65 Stamm A and L Hansen (1937), "Minimizing wood shrinkage and swelling: Effect of heating in various gases", Journal of industrial and engineering chemistry, 29(7), pp 831-833 135 66 Stamm A J (1956), "Thermal Degradation of Wood and Xenlulo", Industrial & Engineering Chemistry, 48(3), pp 413-417 67 Sustersic Z., A Mohareb, et al (2010), "Prediction of the decay resistance of heat treated wood on the basis of its elemental composition", Polymer Degradation and Stability, 95(1), pp 94-97 68 ThermoWood (2003) ThermoWood Handbook ThemoWood association 69 Tiemann H D (1915), "The effect of different methods of drying on the strength of wood", Lumber World Review, 28(7), pp 19-20 70 Tjeerdsma B F., M Boonstra, et al (1998), "Characterisation of thermally modified wood: molecular reasons for wood performance improvement", Eur J Wood Wood Prod., 56(3), pp 149-153 71 Tjeerdsma B F and H Militz (2005), "Chemical changes in hydrothermal treated wood: FTIR analysis of combined hydrothermal and dry heat-treated wood", Holz Als Roh-Und Werkstoff, 63(2), pp 102-111 72 Tuong V M and J Li (2010), "Effect of heat treatment on the change in color and dimensional stability of acacia hybrid wood", BioRes., 5(2), pp 12571267 73 Tuong V M and J Li (2011), "Changes caused by heat treatment in chemical composition and some physical properties of acacia hybrid sapwood", Holzforschung, 65(1), pp 67-72 74 Vernois M (2000), "Heat treatment of wood in France-state of the art", Seminar for production and development of heat treated wood in Europe, Finland 75 Viitaniemi P., S Jamsa, et al (1997) Method for improving biodegradation resistance and dimensional stability of cellulosic products United States Patent 5678324 76 Wang J Y and P A Cooper (2005), "Properties of hot oil treated wood and the possible chemical reactions between wood and soybean oil during heat treatment", The international research group on wood protection, Stockholm 77 Wang X and H Ren (2008), "Comparative study of the photo-discoloration of moso bamboo (Phyllostachys pubescens Mazel) and two wood species", Applied Surface Science, 254(21), pp 7029-7034 78 Weiland J J and R Guyonnet (2003), "Study of chemical modifications and fungi degradation of thermally modified wood using DRIFT spectroscopy", European Journal of Wood and Wood Products, 61(3), pp 216-220 79 Wikberg H and S Liisa Maunu (2004), "Characterisation of thermally modified hard- and softwoods by 13C CPMAS NMR", Carbohydr Polym., 58(4), pp 461-466 80 Yildiz S., E D Gezer, et al (2006), "Mechanical and chemical behavior of spruce wood modified by heat", Building and Environment, 41(12), pp 1762-1766 Tiếng Trung 136 81 丁涛, 顾炼百, et al (2010), "蒸汽压力对热处理材力学性能影响的机理研究", 林产工业, 37(1), pp 16-18, 32 82 南京林产工业学院 (1983), 木材热解工艺学, 北京, 中国林业出版社 83 孙伟伦 and 李坚 (2010), "高温热处理落叶松木材尺寸稳定性及结晶度分析 表征", 林业科学, 46(12), pp 114-118 84 曹永建 (2008), 蒸汽介质热处理木材性质及其强度损失控制原理, 博士, 博 士论文, 中国林业科学研究院 85 李坚 (2002), 木材科学, 北京, 高等教育出版社 86 李坚 (2006), 木材保护学, 北京, 科学出版社 87 李坚 (2010), "木材的生态学属性——木材是绿色环境人体健康的贡献者", 东北林业大学学报, 38(5), pp 1-8 88 李坚 and 孙伟伦 (2010), "新型的家具用材——“热处理木材”的特点与性 能", 家具,(04), pp 82-85 89 李坚 and 邱坚等著 (2010), 气凝胶型木材的形成与分析, 北京, 科学出版社 90 李坚等著 (2003), 木材波谱学, 北京, 科学出版社 91 李延军, 孙会, et al (2008), "国内外木材热处理技术研究进展及展望", 浙江 林业科技, 28(5), pp 75-79 92 李涛 (2007), 水曲柳实木地板高温热处理研究——材性变化及产业化分析, 硕士论文, 南京林业大学 93 李贤军, 傅峰, et al (2010), "高温热处理对木材吸湿性和尺寸稳定性的影响", 中南林业科技大学学报, 30(6), pp 92-96 94 李贤军, 刘元, et al (2009), "高温热处理木材的 FTIR 和 XRD 分析", 北京林 业大学学报, 31(1), pp 104-107 95 杜官本 (1999), "表面光电子能谱（XPS）及其在木材科学与技术领域的应 用", 木材工业, 13(3), pp 17-20 96 杨小军 (2004), "木地板尺寸稳定化热处理的研究", 西部林业科学, 33(02), pp 81-83 97 谢延军, 刘一星, et al (2002), "热处理木材及其在欧洲的发展(英文)", Journal of Forestry Research, 13(03), pp 224-230 98 顾炼百, 丁涛, et al (2010), "高温热处理木材胶合性能的研究", 林产工业, 37(02), pp 15-18 99 顾炼百, 涂登云, et al (2007), "炭化木的特点及应用", 中国人造板, (05), pp 30-32 ... ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng cơng nghệ biến tính nhiệt gỗ đến cấu tạo cấu trúc hóa học gỗ Keo tai tượng? ?? góp phần vào việc áp dụng cơng nghệ mới, gây tác động xấu đến môi trường tạo sản phẩm gỗ đạt yêu... Lý tính, hóa- lý tính hóa tính xenlulo phụ thuộc vào cấu tạo hóa học cấu trúc vật lý Là thành phần cấu tạo nên vách tế bào gỗ, xenlulo ảnh hưởng trực tiếp tới cấu tạo tính chất gỗ 2.1.1.1 Cấu trúc. .. lý nhiệt đến cấu tạo hiển vi gỗ 96 4.5 Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến cấu trúc hóa học gỗ 98 4.5.1 Cấu trúc hóa học gỗ phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) 99 4.5.2 Cấu trúc hóa học gỗ phân tích