Nghiên cứu cấu tạo và một số tính chất cơ bản của gỗ rừng trồng

HOA VĂN HƢNG NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA GỖ RỪNG TRỒNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên nghành : Nông lâm kết hợp... HOA VĂN HƯNG NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ MỘT SỐ

HOA VĂN HƢNG

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN

CỦA GỖ RỪNG TRỒNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên nghành : Nông lâm kết hợp

HOA VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN

CỦA GỖ RỪNG TRỒNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên nghành : Nông lâm kết hợp

Giảng viên hướng dẫn : Ths Dương Văn Đoàn

Thái Nguyên, năm 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp mang tên “ nghiên cứu cấu tạo và một

số tính chất cơ bản của gỗ rừng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài là hoàn toàn trung thực và không coppy dưới mọi hình thức

Tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng thẩm định lời cam đoan của mình

Thái Nguyên, tháng 05 năm 2015

Người viết đề tài

HOA VĂN HƯNG

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài gặp không ít những khó khăn nhưng với

sự nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn

và các bạn ,gia đình đến nay dề tài đã hoàn thành:

Trước hết em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa lâm nghiệp, cảm ơn tất cả các thầy cô đã truyền đạt cho em những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, ban lãnh đạo khoa lâm nghiệp trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ em để

em có thể được mượn phòng thí nghiệm với đầy đủ trang thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên cứu Qua đây em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến xưởng

gỗ của ông Trần Minh Chiến ở huyện Phú Lương tỉnh Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cung cấp vật liệu cho em trong thời gian em thực hiện đề tài

Em xin đặc biệt bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Th.S Dương Văn Đoàn đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian thực tập để em có thể hoàn thành đề tài

Thái nguyên, tháng 05 năm 2015

Người viết đề tài

HOA VĂN HƯNG

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Khối lượng thể t ch hong khô tự nhiên gỗ xoan ta .27

Bảng 4.2: Khối lượng thể t ch khô kiệt gỗ xoan ta 28

Bảng 4.3: Khối lượng thể t ch hong khô tự nhiên gỗ keo lá tràm 30

Bảng 4.4: Khối lượng thể t ch khô kiệt gỗ keo lá tràm 31

Bảng 4.5: Khối lượng thể t ch hong khô tự nhiên gỗ bồ đề 33

Bảng 4.6: Khối lượng thể t ch khô kiệt gỗ bồ đề 34

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Phân tử c l ulose 10

Hình 2.2 Cấu tạo của mixen c lulose 11

Hình 2.3 Hệ thống lên kết hydro trong cel ulose 11

Hình 2.4 Liên kết hydro giữa c c phân tử c lulose 12

Hình 2.5 Liên kết hy ro giữa c c phân tử khi c lulose trươn nở tro g nước 13

MỤC LỤC

Phần 1: MỞ ĐẦU 1 1

1.1 Đặt vấn đề 1 11.2 Mục đích nghiên cứu 1 11.3 Mục t êu nghiên cứu 2 21.4 Ý nghĩa của đề tài 2 21.4.1.Ý nghĩa khoa học 2 21.4.2.Ý nghĩa trong thực t ễn 2 2

Phần 2: : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 3

2.1 Cơ sở khoa học 3 32.1.1.Cấu tạo gỗ 3 32.1.2.Các đặc điểm cấu tạo của gỗ 5 52.1.3.Thành phần,cấu tạo và mỗi lên kết cơ bản của gỗ 9 92.2 Tổng quan cá nghiên cứu trong và ngoài nước 144

2.2.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 144

2.2.2.Tình hình nghiên cứu trong nước 166

2.3 Một số hiểu biết về cây xoan ta,cây keo lá tràm,cây bồ đề 188

2.3.1.Một số hiểu biết về c y xoan ta .188

2.3.2.Một số hiểu biết về c y keo lá tràm 200

2.3.3.Một số hiểu biết về gỗ Bồ đề 211

Phần 3: : ĐỐI TƯỢNG , NỘI DUNG , PHẠM VI I VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 233

3.1.1.Đối tượng nghiên cứu 233

3.1.2.Phạm vi nghiên cứu 233

- Gỗ xoan ta 10 tuổi, gỗ keo lá tràm 6 tuổi,gỗ bồ đề 7 tuổi được lấy tại huyện Phú Lương,tỉnh Thái Nguyên 233

3.2 Địa điểm và thời gian tến hành .233

3.3 Nội dung nghiên cứu 233

3.4 Phương pháp nghiên cứu và c c chỉ têu theo dõi .233

3.4.1.Phương p áp xá định cấu tạo gỗ xoan ta,gỗ keo lá tràm và gỗ bồ đề 233

3.4.2.Xá định k ối lượn thể tch của gỗ xoan ta,gỗ keo lá tràm,gỗ bồ đề 244

Phần 4: : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH 25 5

4.1 Xá định cấu tạo gỗ của gỗ xoan ta,gỗ keo lá tràm,gỗ bồ đề .255

4.1.1.Xác định cấu tạo của gỗ xoan ta 255

4.1.2.Xác định cấu tạo gỗ keo lá tràm 255

4.1.3.Xác định cấu tạo gỗ bồ đề .266

4.2 Xá định khối lượng thể tch của gỗ xoan ta,gỗ keo lá tràm,gỗ bồ đề 266

4.2.1.Xác định khối lượng thể t ch của gỗ xoan ta 266

4.2.2.Xác định khối lượng thể t ch của gỗ keo lá tràm 299

4.2.3.Xác định khối lượng thể t ch của gỗ Bồ đề 322

4.3 Định hướng sử dụng gỗ xoan ta,gỗ keo lá tràm,gỗ bồ đề 355

Kết quả nghiên cứu cơ bản về gỗ được sử dụng cho hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực chế biến, bảo quản, sấy lâm sản Công nghệ chế biến lâm sản ngày càng phát triển, gỗ cần phải được nghiên cứu sâu và toàn diện hơn từ mọi khía cạnh Mặt khác cùng với sự phát triển của công tác nghiên cứu cần phải tạo ra các công cụ để quản lí các kết quả đó có hiệu quả, cũng như tạo điều kiện dễ dàng cho việc tra cứu, tìm kiếm những thông tin cần thiết

Việc xác định cấu tạo và một số tính chất cơ bản của gỗ rừng trồng là một nhu cầu cấp thiết và có nhiều ý nghĩa rất lớn đối với công việc chế biến, bảo quản, sấy gỗ Cấu tạo gỗ một phần giúp ta xác định được tính chất của một loại gỗ, ngoài ra cấu tạo gỗ còn giúp ta nhận biết loại gỗ, nhóm gỗ từ đó

có thể giúp cho công việc sử phạt trong lĩnh vực kiểm lâm, trong thương mại

và xuất nhập khẩu gỗ Đặc biệt là đánh giá và xác định hướng sử dụng gỗ trong thực tế hiện nay

Xuất phát từ những vấn đề trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu cấu tạo và một số tính chất cơ bản của gỗ rừng trồng”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng công nghệ sản xuất, chế biến gỗ nhằm góp phần nâng cao giá trị sử dụng các sản phẩm từ gỗ rừng trồng

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được cấu tạo thô đại và hiển vi một số loại gỗ rừng trồng

- Xác định được một số tính chất cơ bản từ đó đưa ra các định hướng sử dụng gỗ đó

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn

Từ những kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho ngành công nghiệp chễ biến

gỗ ngày càng phát triển, tạo ra các sản phẩm từ gỗ có được chất lượng tốt nhất

về mẫu mã và giá trị sử dụng

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Cấu tạo gỗ

Cấu tạo gỗ là nhân tố chủ yếu nhất ảnh hưởng đến tính chất gỗ Cấu tạo

và tính chất liên quan mật thiết với nhau Cấu tạo có thể xem là biểu hiện bên ngoài của tính chất Những hiểu biết về cấu tạo là cơ sở để để giải thích bản chất các hiện tượng sản sinh trong quá trình gia công chế biến và sử dụng gỗ Muốn nhận biết gỗ, xác định tên để buôn bán và sử dụng cho thích hợp trước hết cần nắm vững những kiến thức cơ bản về cấu tạo

Trong thực tế có nhiều loại gỗ rất giống nhau, cần đi sâu phân loại một cách chính xác, phải tiến hành khảo sát cấu tạo của gỗ

Mặt khác do ảnh hưởng của hoàn cảnh bên ngoài, không những các loài

gỗ khác nhau mà từng cây trong cùng một loài và ngay cả trong từng bộ phận khác nhau trong cùng một cây cũng có sự khác nhau Muốn phân biệt được những hiện tượng đó, cần có những kiến thức sâu sắc và toàn diện về cấu tạo hiển vi của gỗ

Tùy theo mức độ và yêu cầu mà tiến hành khảo sát cấu tạo gỗ dưới mắt thường và kính lúp (X10) cấu tạo thô đại Dưới kính hiển vi thường (X100) và siêu hiển vi (X1000)

Tóm lại muốn nhận biết tên gỗ được chính xác, muốn tìm hiểu về tính chất gỗ, muốn áp dụng các biện pháp kỹ thuật thích hợp trong quá trình gia công chế biến, muốn sử dụng hợp lý và tiết kiệm gỗ…trước hết phải hiểu biết về cấu tạo gỗ Đây là một trong những biện pháp căn bản để nâng cao chất lượng sử dụng gỗ

Như chúng ta đã biết, thực vật chia làm hai giới: Giới thực vật hạ đẳng

và giới thực vật thượng đẳng

Thực vật thượng đẳng chia làm nhiều ngành:

Hạt trần và hạt kín là hai ngành quan trọng nhất – Thực vật hạt trần – Cây

lá kim như thông các loại, pơmu, hoàng đàn, kim gia,…thường mọc thành rừng thuần loài, có nhiều ở vùng cao nước ta, thân thẳng tròn, ít khuyết tật

Thực vật hạt kín gồm hai lớp: Một lá mầm và hai lá mầm Lớp hai lá mầm gồm các cây thân thảo và cây thân gỗ Cây thân gỗ gồm cây bụi, cây nhỡ và cây gỗ lớn Đó là các loại gỗ lá rộng

Gỗ lá rộng thường mọc thành rừng hỗn giao Đây là loại cây cung cấp gỗ chủ yếu của rừng nước ta.[9]

Đối tượng nghiên cứu của gỗ là gỗ lá kim và gỗ lá rộng

Lớp một lá mầm phần lớn là loại cây thân thảo và một số ít loại cây thân

gỗ như: Cọ, dừa, cau, thốt nốt, tre trúc,…các loại dây leo như: Song, mây, đây là những loại cây có giá trị kinh tế cao, cần được nghiên cứu, khai thác và

sử dụng hợp lý để tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị kinh tế cao

Ở mỗi loài thực vật thân gỗ có thể chia làm ba phần:

- Rễ giữ cho cây đứng vững, hút nước và muối khoáng từ trong đất làm nguyên liệu cho quá trình quang hợp tạo chất dinh dưỡng nuôi cây

- Gốc, thân, cành vừa là sườn cột chống đỡ tán lá vừa là đường dẫn truyền nhựa nguyên (qua gỗ) và nhựa luyện – Chất dinh dưỡng được tổng hợp ở lá được vận chuyển qua vỏ xuống các bộ phận phía dưới để nuôi cây Thân cây chiếm từ 50-90% thể tích gỗ toàn cây Đây là bộ phận cung cấp gỗ chủ yếu

- Lá là cơ quan hô hấp, thoát hơi nước để ổn định nhiệt độ cho cây, là nơi tổng hợp chất hữu cơ nuôi cây

Thực vật thân gỗ không ngừng lớn lên theo chiều cao và theo đường kính Sinh trưởng theo chiều cao dựa vào tác dụng phân sinh của chồi ngọn Lớn lên theo đường kính chủ yếu là do hoạt động của tầng phát sinh

Tế bào của tầng phát sinh không ngừng phân sinh ra những tế bào mới

về phía bên trong làm thành vòng gỗ, về phía bên ngoài làm thành lớp vỏ Trong quá trình phân sinh này, số tế bào cung cấp cho phần gỗ luôn luôn nhiều hơn tế bào cung cấp cho phần vỏ, nên sự tăng trưởng theo chiều ngang của thân cây chủ yếu là do phần gỗ ngày một dày thêm

2.1.2 Các đặc điểm cấu tạo của gỗ

+ Mạch phân tán: Lỗ mạch ở phần gỗ sớm và gỗ muộn to nhỏ gần như nhau nằm phân tán rải rác Đây là hình thức phổ biến ở gỗ nước ta

+ Mạch vừa xếp vòng vừa phân tán (trung gian): Ở phần gỗ sớm lỗ mạch lớn hơn phần gỗ muộn và có xu hướng xếp thành vòng, càng ra đến phần gỗ muộn lỗ mạch bé dần và phân tán Các loại gỗ bồ hòn, thôi ba, xoan nhừ,…có loại hình thức phân bố này

- Các hình thức tụ hợp lỗ mạch

+ Mạch đơn: Từng lỗ mạch nằm đơn độc, rải rác, phân tán, không có liên

hệ gì với các lỗ mạch khác Các loại gỗ bạch đàn, hà nu, táu mật,… có thể xem là gỗ có lỗ mạch đơn phân tán

+ Mạch kép: Hai hoặc nhiều lỗ mạch nằm sát cạnh nhau, các lỗ mạch ở giữa thường bị ép dẹt, làm cho lỗ mạch kép giống như một lỗ mạch đơn chia thành nhiều ngăn Mạch kép đa số xếp theo hướng xuyên tâm: Gỗ gão , ba soi,… có mạch kép 2-4 lỗ, chưa khép có mạch kép 2-6 lỗ

+Mạch nhóm: Từ 3 lỗ mạch trở lên, tụ hợp thành nhóm nhỏ Hình thức này rất ít thấy ở gỗ nước ta

+ Mạch dây: Nhiều lỗ mạch nằm sát nhau, kéo dài thành dây hoặc nằm gần nhau nhưng có xu hướng kéo dài thành dây theo hướng xuyên tâm hoặc tiếp tuyến

+ Mạch dây xuyên tâm, có thể kéo dài thành hàng song song với tia gỗ, hoặc lượn qua lại như ở gỗ sến mật, thành ngạnh, đỏ ngọn, các loại giẻ hoặc

có xu hướng đan thành màng lưới

+ Mạch dây tiếp tuyến, thường xếp thành vòng gián đoạn hoặc liên tục lượn vòng quanh tủy ở một số lớn loại gỗ thuộc họ ðinh

2.1.2.2 Tế bào mô mềm

Là những tế bào mô mỏng, làm nhiệm vụ dự trữ chất dinh dưỡng trong cây Gỗ cây lá rộng nói chung tế bào nhu mô chiếm tỷ lệ khá lớn 2-15% và hình thức phân bố phức tạp

Gỗ cây lá rộng ở nước ta, ngoài một số loại gỗ không có hoặc có ít tế bào

mô mềm, còn nói chung tổ chức tế bào mô mềm rất phát triển, dễ quan sát, cho nên dựa vào nó để phân biệt loại gỗ là vấn đề rất quan trọng

Quan sát trên mặt cắt ngang, tế bào nhu mô phân bố theo các hình thức chủ yếu sau đây:

- Sắp xếp phân tán: Từng dây tế bào nằm phân tán rải rác giữa các tế bào mạch gỗ, sợi gỗ: Chỉ nhìn thấy dưới kính hiển vi

- Vây quanh mạch:

+ Vây quanh mạch không kín: Các dây tế bào tụ tập một phía xung quanh lỗ mạch

+Vây quanh mạch kín: Các dây tế bào tụ tập, bao kín xung quanh lỗ mạch tạo thành các hình:

- Làm thành giải: Các dây tế bào sắp xếp thành vòng vây quanh tủy + Giải thưa làm ranh giới vòng năm

+ Giải màu đan với tia gỗ thành lới: Trong một vòng năm có vô số giải, các giải này đan với tia gỗ thành lới hay bậc thang

Loại thứ nhất: Các giải tế bào lên tục hay đứt đoạn chạy theo vòng năm đan với tia gỗ tạo ra các mắt lới

Loại thứ hai: Các giải tế bào đứt đoạn giữa hai tia gỗ, các giải này chồng chất lên nhau như bậc thang giữa hai tia gỗ

2.1.2.3 Tia gỗ

Tia gỗ cây lá rộng hoàn toàn do tế bào mô mềm tạo thành, tia gỗ là do tế bào hình tròn hay hình đa giác của tầng phát sinh ra Bề rộng của tia gỗ ở đại

bộ phận gỗ cây lá rộng có nhiều hàng tế bào Đây là đặc điểm khác biệt với tia

gỗ của cây lá kim

Quan sát qua kính hiển vi tia gỗ cây lá rộng sắp xếp theo hai hình thức sau đây:

- Sắp xếp đồng nhất: Tất cả tế bào của tia gỗ đều xếp nằm hay đứng thành hàng xuyên tâm

- Sắp xếp không đồng nhất: Trong cùng một tia gỗ vừa có tế bào xếp nằm vừa có tế bào xếp đứng Nhưng hàng tế bào xếp ở trên và dưới còn ở giữa là những tế bào xếp nằm

Việc xác định loại gỗ ta dựa vào mật độ phân bố tia gỗ, kích thước tia gỗ trên mặt cắt ngang

2.1.2.4 Ống dẫn nhựa

Đối với cây gỗ lá rộng chỉ có một số loại gỗ có ống dẫn nhự: Gỗ lá rộng chỉ có ống dẫn nhựa dọc, nó thường tập chung thành hàng ở ranh giới vòng năm

2.1.2.5 Cấu tạo lớp

Là dạng cấu tạo đặc biệt của một số lá rộng Dưới mắt thường và kính lúp, quan sát trên mặt cắt tiếp tuyến nhận được các hình gợn sóng cách nhau đều dặn Tùy theo từng loại cây mà có 2-7 lớp/mm

2.1.2.6 Tế bào chứa chất kết tinh (thể bít)

Tế bào nhu mô chứa chất kết tinh là đặc điểm của nhiều loại gỗ, bên trong ruột tế bào tồn tại các chất tích tụ có màu sắc khác nhau Đây cũng là một đặc điểm giúp ta định loại gỗ

gỗ lói không phân biệt

Nếu màu sắc và độ ẩm phần gỗ bên trong và phần gỗ bên ngoài khác biệt nhau gọi là gỗ giác và gỗ lói phân biệt Loại cây gỗ giác và gỗ lói phân biệt

2.1.2.8 Gỗ sớm – gỗ muộn

Gỗ sớm – gỗ muộn: Trong mỗi vòng năm phần gỗ phía trong sinh ra vào thời kỳ đầu mùa sinh trưởng gọi là gỗ sớm Phần gỗ phía ngoài sinh vào cuối mùa sinh trưởng gọi là gỗ muộn

Một số loại gỗ có gỗ sớm và gỗ muộn khác nhau về kích thước gọi là gỗ sớm gỗ muộn phân biệt Một số loại gỗ khi quan sát thấy đường kích lỗ mạch

có kích thước tương tự nhau trên một vòng năm gọi là gỗ sớm gỗ muộn không phân biệt Đây cũng là đặc điểm giúp ta định loại gỗ

2.1.3 Thành phần, cấu tạo và mỗi liên kết cơ bản của gỗ

Gỗ là vật liệu tự nhiên rỗng, mao dẫn dính, có tính dị hướng cao, được cấu tạo bởi các tế bào xếp dọc thân cây (mạch gỗ, sợi gỗ, tế bào mô mềm, quản bào, ống dẫn nhựa) chiếm tới 90 - 95% thể tích và tế bào xếp ngang thân cây (tia gỗ, ống dẫn nhựa) chiếm đến 5 - 10% Các tế bào gỗ có dạng hình ống bao gồm vách và ruột tế bào

Vách tế bào được cấu tạo bởi ba thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose, lignin Tất cả các thành phần này đều là các polime, chúng hợp thành mạng lưới đan xen trong vách tế bào Trong đó cellulose (50 - 55%) là thành phần chính tạo nên vách tế bào, lignin (20 - 30%) và hemicellulose (15-25%) gọi là các chất nền (matrix) Các phân tử cellulose [C6H7O2(OH)3]n với

n = 5000 - 14000 có cấu tạo mạch thẳng liên kết với nhau tại các vị trí 1, 4 nhờ cầu nối ôxy hình thành chuỗi cellulose Nhiều chuỗi cellulose liên kết với nhau nhờ cầu nối hydro tạo nên mixen cellulose Khoảng 40-50 mixen cellulose sắp xếp thành một khối có kích thước mặt cắt ngang 3x5 nm được gọi là bó mixen cellulose

Từng bó mixen cellulose được bao bọc xung quanh bởi một lớp hemicellulose kết hợp với một lượng nhỏ lignin, và ngoài cùng bao bọc bởi một lớp lignin tạo thành khối vững chắc có kích thước mặt cắt ngang khoảng 5-10 nm Các khối vững chắc này sắp xếp tạo nên vách tế bào

2.1.3.1 Cel ulose

Hình 2.1 Phân tử cellulose

Cellulose là thành phần chủ yếu tạo nên vách tế bào Nó là hợp chất cao phân tử đựợc tạo nên từ các mắt xích , D - glucose nhờ các mối liên kết glucozit 1, 4, có công thức phân tử [C6H12O6(OH)3]n, n = 5000 -

14000 Trị số n thay đổi tuỳ thuộc vào nguồn gốc cellulose, phương pháp

xử lý Độ trùng hợp có ảnh hưởng lớn đến tính chất của cellulose Chuỗi cellulose chứa từ 200 - 3000 phân tử cellulose Cấu tạo phân tử cellulose được mô tả ở Hình 2.1

Trong mỗi mắt xích của phân tử cellulose có ba nhóm hydroxyl (-OH) ở các vị trí 2, 3, 6 (trong đó có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai) nên có thể xem cellulose là một rượu đa chức, bậc cao

Trong mixen cellulose có vùng định hình và vùng không định hình Vùng định hình là vùng mà các phân tử cellulose sắp xếp có trật tự, có cấu trúc bền vững nên dung môi và hoá chất khó xâm nhập Độ dài vùng định hình thường từ 30 - 60 nm Vùng không định hình là vùng mà các phân tử cellulose sắp xếp không trật tự, cấu trúc lỏng lẻo nên dung môi và hoá chất dễ xâm nhập (Hình 2.2) Trong quá trình tạo thành các dẫn xuất của cellulose, khả năng phản ứng của các nhóm chức hydroxyl đóng vai trò quan trọng

Hình 2.2 Cấu tạo của mixen cellulose

Cellulose trong tự nhiên tồn tại các liên kết hydro nội phân tử và các liên kết hydro giữa các phân tử Các liên kết hydro nội phân tử được tạo ra: giữa H của nhóm hydroxyl ở C2 của một mắt xích và O thuộc nhóm hydroxyl ở C6

của mắt xích liền kề; giữa H của nhóm hydroxyl ở C3 một đơn vị mắt xích và

O nằm trong vòng của đơn vị mắt xích liền kề Liên kết hydro giữa các phân

tử tạo ra giữa hydro của hydroxyl ở C6 của đơn vị mắt xích trong một đoạn mạch và O của nhóm hydroxyl ở C2 trong đoạn mạch khác Hệ thống liên kết hydro trong cellulose thể hiện trong Hình 2.3

Hình 2.3 Hệ thống liên kết hydro trong cellulose

Các liên kết hydro giữa các phân tử cellulose ảnh hưởng nhiều đến tính chất của sợi cellulose như hút ẩm, co dãn, hoà tan, …

Trong phân tử cellulose có các liên kết C - C và C - O, cũng như các liên kết hóa trị khác chúng rất bền vững và có lực liên kết rất lớn (lực liên kết của

C - C bằng 62,77 Kcal/mol), trong khi đó của liên kết hydro là 5 – 6 Kcal/mol còn lực Van der Waals 2 – 3 Kcal/mol Do trong phân tử cellulose chứa rất nhiều nhóm hydroxyl nên giữa các phân tử tồn tại rất nhiều liên kết hydro, vì thế lực liên kết giữa các phân tử rất lớn và lớn hơn rất nhiều lực hóa học liên kết các mắt xích trong phân tử Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose có thể biểu diễn như Hình 2.4

Hình 2.4 Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose

Nếu nước được hút vào nghĩa là phân tử nước vào giữa các phân tử cellulose xuất hiện các liên kết hydro qua các phân tử nước, theo sơ đồ ở (Hình 2.5) Đó là quá trình trương nở của cellulose trong nước

Thực chất quá trình trương nở cellulose là quá trình tác nhân gây trương

nở xâm nhập vào, bứt phá các liên kết hydro giữa các phân tử cellulose cạnh nhau, khi đó làm cho khoảng cách giữa các phân tử cellulose tăng lên, dẫn

H

H

HHH

H

đến liên kết của chúng (liên kết Van der Waals) yếu đi, các phân tử cellulose

dễ bị xê dịch và trở nên lỏng lẻo hơn, đồng thời khi liên kết hydro bị phá vỡ

sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các tác động khác làm thay đổi cấu trúc của phân tử cellulose trong gỗ

Hình 2.5 Liên kết hydro giữa các phân tử khi cellulose trương nở trong nước

Hiện tượng trương nở của cellulose có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ biến tính gỗ, do nó lŕm cho tính chất cő học, vật lý và hoá học của gỗ thay đổi

2.1.3.2 Hemic l ulose

Cũng như cellulose, hemicellulose là các polysacarit, cấu tạo nên vách tế bào, nhưng so với cellulose thì hemicellulose kém ổn định hoá học hơn, dễ bị phân giải ở nhiệt độ cao Hemicellulose gồm có pentosan (C5H8O4)n và hexosan (C6H10O5)n , n = 50 – 200 Hemicellulose dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của axit

O

O

O

cũng có tính chất trương nở và hoà tan trong những dung môi thích hợp như dung dịch kiềm Liên kết C-C rất bền vững đối với xử lý hoá học và là yếu tố

cơ bản ngăn cản sự tạo thành các đơn phân tử lignin trong những xử lý hydro hoá, phân giải bằng etanol Lignin tham gia liên kết hydro với cellulose và hemicellulose với năng lượng liên kết khá lớn Bên cạnh liên kết hydro, giữa các chất cao phân tử của vách tế bào còn có tương tác Van der Waals Loại tương tác vật lý này cũng góp phần cản trở quá trình hoà tan lignin dưới tác dụng của dung môi

2.2 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Công nghiệp chế biến gỗ trên thế giới trong những nãm gần đây đã có những bước phát triển Tuy nhiên ở mỗi quốc gia khác nhau thì trình độ công nghệ, máy móc thiết bị là khác nhau Nhưng nhìn chung, công nghiệp chế biến gỗ còn có những hạn chế về chất lượng sản phẩm, tỷ lệ lợi dụng đạt được rất thấp

Gỗ là vật liệu xốp, rỗng, mao dẫn, dị hướng và có khả năng trao đổi ẩm với môi trường xung quanh dẫn tới sự thay đổi kích thước, hình dạng và các tính chất cơ lý của gỗ làm ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của sản phẩm Nhận thức rõ về nguyên liệu gỗ có những nhược điểm trên Vì thế từ rất sớm các nhà khoa học trên thế giới đã quan tâm tìm ra một trong những xu hướng chủ yếu trong việc nâng cao chất lượng gỗ là tìm các giải pháp biến tính gỗ Trên thế giới đã có nhiều các công trình nghiên cứu về cấu tạo một số loại gỗ, năm 1926 Lecome đã nghiên cứu và giải phẫu mô tả đơn giản 3 mặt cắt của 67 loài gỗ Đông Dương ( Nguyễn Đình Hưng, 1990)

J.D Brazier và G.L Pranklin với “Identification of hardwoods” đã nghiên cứu giải phẫu gỗ được 680 cây gỗ thương phẩm của cả châu Á, Âu,

Mỹ, Phi, Úc và đã lập khóa tra (1938).[3]

A Mriaur, D Normand, J paquis và P.Detiene với “Nanuel D Identification des Bois Commerciaux” đã nghiên cứu các đặc điểm cấu tạo thô đại và hiển vi gỗ của trên 400 loài thuộc 70 họ thực vật khác nhau ở Ghi

nê – Công Gô và Guane

Một số công trình chỉ nghiên cứu những đặc điểm chung của 2 loại gỗ lá rộng và gỗ lá kim, từ đó phân tích đánh giá sự khác nhau về tích chất của 2 loại gỗ này

Trên một số tài liệu chỉ tiến hành nghiên cứu về đặc điểm một số loại gỗ phục vụ công việc sản xuất, định hướng sử dụng gỗ trên thế giới như gỗ Bạch dương, gỗ ASH, gỗ sồi…

Hiện nay trên thế giới xuất hiện rất nhiều loại vật liệu mới, trong đó có rất nhiều sản phẩm của quá trình biến tính, và công nghệ biến tính gỗ không còn là lĩnh vực mới, nó được phát triển sớm ở Châu Âu Với mục đích sử dụng gỗ và vật liệu gỗ một cách hiệu quả, ở các nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Nga, Nhật, EU trong những năm qua đã tiến hành nghiên cứu và áp dụng vào sản xuất các biện pháp biến tính gỗ theo một số xu hướng sau: Biến tính theo hướng chống cháy, biến tính theo hướng chống ẩm, cải thiện các tính chất cơ học của gỗ mọc nhanh rừng trồng để cho nó ít biến dạng và bền với môi trường: xử lý ván mỏng để tạo ra ván LVL có chất lượng tốt, xử lý dăm gỗ để tạo ra ván dăm, ván OSB, MDF và HDF có chất lượng cao

Năm 1930, ở Liên Xô các nhà khoa học đã nghiên cứu ép gỗ tạo ra thoi dệt và tay đập của máy dệt Sau đó, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp này để tạo ra những chi tiết chịu mài mòn, tự bôi trơn, sử dụng trong ôtô, máy nông nghiệp Gỗ nén theo phương pháp này tạo ra vật liệu không ổn định hình dạng, độ ổn định kích thước kém Để khắc phục các nhà khoa học

đã nghiên cứu đưa vào trong gỗ các hoá chất dưới dạng monome hoặc

polyme Năm 1936, một số nhà khoa học Liên Xô đã đưa vào gỗ dung dịch Bakelit 510% Vào năm 1966, G.B.Klard đã dùng dung dịch Phuphurol spirt tẩm vào gỗ tạo ra vật liệu có tính cơ học cao

Năm 1972, phòng thí nghiệm sản phẩm lâm sản của Mỹ (FPL) bắt tay nghiên cứu ứng dụng Acetol hoá đối với vật liệu gỗ Năm 1980, xử lý Acetol hoá bắt đầu ứng dụng sản xuất ván nhân tạo Năm 1981, Nhật Bản đã thu được thành công tiến hành xử lý Acetol hoá gỗ với quy mô sản xuất công nghiệp, giới công nghiệp gỗ Nhật Bản đã mở rộng vật liệu Acetol hoá, mà kích thước của nó rất ổn định mặc cho độ ẩm tương đối của môi trường thay đổi lớn, được dùng rộng rãi làm tường vách của buồng tắm, cửa hoặc ván sàn Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô đã dùng tia chiếu xạ gây phản ứng đa tụ ở các đơn thể tẩm vào trong gỗ (một số cao phân tử lượng thấp hoặc Cacbua hydro không bão hoà có cầu đôi) làm cho các hoá chất kết hợp với gỗ và đóng rắn lại tạo nên các sản phẩm chất lượng cao, gọi là gỗ Polyme phức hợp (WPC) Gỗ được xử lý WPC có tính ổn định kích thước và khối lượng thể tích cao hơn rõ rệt so với gỗ nguyên Tính kháng ẩm của gỗ được xử lý WPC cũng tăng Do tính ổn định kích thước của WPC là rất tốt, tính cơ học, chịu mài mòn và chịu uốn cũng tăng nên nó là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong kiến trúc, trong công nghiệp, đồ mộc mỹ nghệ, …

Biến tính nguyên liệu gỗ rừng trồng để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao đang là xu thế phát triển của ngành chế biến gỗ trên toàn thế giới

2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trên thế giới công nghệ biến tính gỗ đã phát triển mạnh nhưng ở Việt Nam vấn đề biến tính gỗ mới được nghiên cứu rất ít

Nguồn gỗ tự nhiên có tính chất cơ lý cao không còn nhiều Trong khi đó, nhu cầu về gỗ cho cuộc sống của con người ngày một gia tăng cả về số lượng

và chất lượng Vì vậy, gỗ đã trở thành một loại vật liệu đặc biệt, có giá trị kinh

tế cao và đang được sự quan tâm từ các nhà khoa học Một trong những giải pháp được các nhà khoa học Việt Nam tập trung nghiên cứu là khả năng sử dụng gỗ rừng trồng thay thế gỗ rừng tự nhiên

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây đã triển khai một số chương trình trồng rừng nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ Hầu hết các loài cây gỗ rừng trồng là các loài cây gỗ lá rộng sinh trưởng nhanh và có đặc điểm như đường kính nhỏ, nhiều mắt, khối lượng thể tích nhỏ, cường độ thấp, gỗ có độ biến dạng lớn, độ bền tự nhiên kém đặc biệt trong trường hợp tiếp xúc với đất

Vì thế, để có thể sử dụng hiệu quả các loại gỗ rừng trồng có tính chất cơ

lý thấp làm đồ mộc, xây dựng, cần phải có các giải pháp biến tính gỗ Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu ở Việt Nam còn hạn hẹp, phương pháp biến tính chủ yếu là ngâm thường, phương pháp tẩm nóng lạnh, phương pháp tẩm áp lực chân không

Năm 1977 GS TS Nguyễn Bá nghiên cứu cấu tạo giải phẫu gỗ của một số

họ thầu dầu Euphobiaceace

Nguyễn Bá, 1997 – Tạp chí 8-V B-HVX,79-87 “dẫn liệu về cấu tạo giải phẫu gỗ của một số gỗ của một số đại diện họ thầu dầu (Euphorbiaceae) ở Việt Nam”

Nguyễn Đình Hưng, Tạp chí lâm nghiệp số 7/1997- Những đặc điểm chính

để giám định nhanh cây hai lá mầm bằng mắt thường và kính lúp X10

Nguyễn Đình Hưng, kết quả nghiên cứu khoa học công nghệ lâm nghiệp 1991-1995, 1996 “ Nghiên cứu phân loại gỗ Việt Nam theo hướng mục đích sử dụng”, nhà xuất bản nông nghiệp, Hà Nội

Mặt khác cũng đã có khá nhiều nhà nghiên cứu cấu tạo, tính chất của các loại gỗ khác nhau, từ đó đưa ra các định hướng sử dụng cho các loại gỗ đó, mỗi

đề tài đó chỉ dừng lại cho một loại gỗ nhất định

Hứa Thị Huần (2004), “Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lý của gỗ bông gòn”, Tạp chí Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, Hà Nội

Hoàng Thúc Đệ, một số đặc điểm cấu tạo thô đại và tính chất cơ, vật lý của

gỗ hông, Tạp chí Lâm Nghiệp số 9/96

Trịnh Hiền Mai (2004), nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính chất chủ yếu của

gỗ hông (Paulownia Fortunei) và định hướng sử dụng trong công nghệ chế biến lâm sản, luận văn thạc sĩ, Đại Học Lâm Nghiệp, Hà Tây

Các công trình nghiên cứu trên cũng đa phần miêu tả một số loại gỗ thông dụng ở trên Thế Giới và Việt nam Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu đó đã quá cũ, các miêu tả chưa được chi tiết và cập nhật đối với các loại gỗ thông dụng hiện nay, bên cạnh đó có những công trình mới nhưng mới chỉ tập trung một loại gỗ

cụ thể hoặc một họ

2.3 Một số hiểu biết về cây xoan ta, cây keo lá tràm, cây bồ đề

2.3.1 Một số hiểu biết về cây xoan ta

- Xoan ta hay sầu đâu có tên khoa học là Melia azedarach linn Là một loại thực vật thuộc họ xoan (Meliaceae) nó phân bố chủ yếu ở Việt Nam, Lào, Campuchia Riêng ở Việt Nam dọc theo từ Bắc vào Nam hầu như tỉnh nào cũng có sự phân bố của cây xoan, chúng mọc tự nhiên hoặc được trồng Đây

là loại cây thân gỗ có kích thước lớn có thể cao đến 30m đường kính gần 100cm Gỗ xoan thuộc nhóm gỗ V, gỗ Xoan có lõi màu hồng hay nâu nhạt, dác xám trắng gỗ nhẹ mềm tỷ trọng: 0,565, lực kéo ngang thớ 22kg/cm², nén dọc thớ 339kg/cm², gỗ xoan sau khi ngâm khá bền, khó bị mối mọt cho nên

gỗ xoan thường dùng làm xây dựng trang trí nội thất và điêu khắc Than và củi xoan cung cấp một lượng nhiệt lớn Ngoài ra lá, rễ xoan còn dùng làm phân xanh, thuốc sát trùng, hạt có thể ép dầu và chữa một số bệnh hoặc có thể trồng xoan để che bóng hoặc phòng hộ

- Đặc điểm sinh học: Xoan ta là cây ưa sáng, ưa khí hậu nóng ẩm sinh trưởng và phát triển mạnh trên nhiều vùng đất khác nhau từ đất chua đến đất kiềm hoặc hơi mặn, trồng trong khoảng 5-6 năm là có thể thu hoạch và nếu

trồng lấy gỗ lớn thì kéo dài 8-10 năm Đặc biệt cây xoan có khả năng tái sinh (mọc lại từ gốc cũ đã thu hoạch cây) từ 3-4 lần

- Với đặc điểm sinh học như trên cũng như giá trị sử dụng về nhiều mặt nên xoan là loài cây trồng lâm nghiệp có nhiều tiềm năng phát triển rộng rãi

Do đặc điểm khí hậu, thổ nhưỡng của các tỉnh nước ta rất phù hợp cho quá trình sinh trưởng và phát triển cây xoan, điều đó được thể hiện qua diện tích trồng xoan ngày càng tăng Mặt khác do nhu cầu thị trường gỗ xoan là rất lớn, cũng như giá trị kinh tế cao hơn nhiều so với cây bạch đàn, cây keo, chính

vì thế mà cây xoan có nhiều tiềm năng phát triển rộng khắp ở khắp các tỉnh tây nguyên Khi diện tích trồng xoan tăng đồng nghĩa với việc tăng nguồn giống ban đầu Do vậy nhu cầu giống xoan ta là rất lớn nhưng hiện nay nguồn cung cấp giống chủ yếu bằng phương pháp truyền thống như gieo hạt, hom rễ nên khả năng cung cấp giống với khối lượng lớn đúng mùa vụ trồng rừng gặp nhiều khó khăn

- Mặt khác do phương pháp nhân giống bằng hạt còn có nhiều nhược điểm khác nhau:

+ Thời gian bảo quản hạt ngắn khoảng 6 -7 tháng

+ Cây sinh trưởng và phát triển không đồng đều do có sự phân ly do di truyền + Khả năng kháng bệnh của cây thấp

Để khắc phục những hạn chế trên trong thời gian qua trung tâm ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ đã nghiên cứu ứng dụng thành công kỹ thuật nhân giống vô tính cây xoan bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào nhằm giải quyết những khó khăn trên tính ưu việt của cây xoan cấy mô là: bảo đảm đặc tính di truyền, ít thoái hóa, sinh trưởng và phát triển nhanh, cây

có độ đồng đều cao, đảm bảo lượng lớn cây giống trồng đúng thời vụ Có thể nói đây là bước đột phá quan trọng nhằm giải quyết những khó khăn về giống, đồng thời sản xuất, cung ứng nguồn giống cho các đơn vị trồng rừng