NGHIÊN CỨU TÍNH HÖT NƢỚC, HÖT ẨM, DÃN NỞ CỦA GỖ CAO SU (Hevea brasiliensis Muell Arg) BIẾN TÍNH BẰNG NATRI SILICAT (Na2SiO3)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ****************** ĐỒN LÊ ĐƠNG PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH HƯT NƢỚC, HƯT ẨM, DÃN NỞ CỦA GỖ CAO SU (Hevea brasiliensis Muell Arg) BIẾN TÍNH BẰNG NATRI SILICAT (Na2SiO3) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN LÂM SẢN Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 7/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH ************ ĐỒN LÊ ĐƠNG PHƢƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH HƯT NƢỚC, HƯT ẨM, DÃN NỞ CỦA GỖ CAO SU (Hevea brasiliensis Muell Arg) BIẾN TÍNH BẰNG NATRI SILICAT (Na2SiO3) Ngành: Cơng nghệ Chế biến lâm sản LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Giáo viên hướng dẫn: ThS BÙI THỊ THIÊN KIM Thành phồ Hồ Chí Minh Tháng 7/2013 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực đề tài tốt nghiệp nhận dạy bảo thầy cô, quan tâm giúp đỡ động viên gia đình bạn bè Nhân dịp tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến: - Ban giám hiệu tồn thể thầy trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh, đặc biệt quý thầy cô khoa Lâm Nghiệp môn Chế Biến Lâm Sản tận tình truyền đạt kiến thức cho chúng tơi suốt khóa học - Xin cảm ơn DNTN TM – DV Hưng Thịnh cung cấp gỗ làm thí nghiệm Đồng thời xin cảm ơn anh chị em Công ty Trường Tiền giúp gia công mẫu - Đặc biệt xin gởi lòng biết ơn sâu sắc đến cô ThS Bùi Thị Thiên Kim tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp - Cuối xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Tường Vy, cảm ơn gia đình bạn lớp chế biến lâm sản khóa 35 động viên tơi suốt q trình học tập thời gian thực đề tài Sinh viên thực Đồn Lê Đơng Phương ii TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu tính hút nước, hút ẩm, dãn nở gỗ Cao su (Hevea brasiliensis Muell Arg) biến tính Natri silicat (Na2SiO3)”, tiến hành phòng thí nghiệm mơn Chế Biến Lâm sản, khoa Lâm nghiệp trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, thời gian 01/03/2013 đến 30/06/2013 Thí nghiệm bố trí theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm Kết thu sau thí nghiệm cho thấy nồng độ Natri silicat thời gian xử lí có ảnh hưởng đến tính hút nước, hút ẩm, dãn nở gỗ Mối quan hệ thể qua phương trình tương quan hồi quy sau: Đối với hàm độ hút nước: Y2hn = 53,86 - 10,2379.x1 - 0,729197.x2 - 0,5125.x1.x2 - 0,57875.x12 + 1,17875.x22 Đối với hàm độ hút ẩm: Y2ha = 10,9335 - 3,49928.x1 - 0,491562.x2 + 0,791848.x22 Đối với hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến: Y2tt = 4,89348 - 1,9401.x1 - 0,43163.x2 - 0,200652.x12 Đối với hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều xuyên tâm: Y2xt = 2,4087 - 1,25333.x1 - 0,179409.x2 + 0,24337.x22 Đối với hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều dọc thớ: Y2dt = 0,38 - 0,161066.x1 - 0,0506066.x2 Bài toán tối ưu thiết lập sở hàm Yhn, Yha, Ytt, Yxt, Ydt, kết tối ưu đạt sau: Y2hn= 37,7782 % với nồng độ 37,175 % thời gian xử lý ngày 14,8008 Y2ha = 5,8720 % với nồng độ 37,175 % thời gian xử lý ngày 7,368 Y2tt = 1,1387 % với nồng độ 37,175 % thời gian xử lý ngày 9,936 Y2xt = 0,6204 % với nồng độ 37,175 % thời gian xử lý ngày 8,8464 Y2dt = 0,0807 % với nồng độ 37,175 % thời gian xử lý ngày 9,936 Gỗ Cao su sau xử lí Natri silicat có độ hút nước, hút ẩm, dãn nở thấp mẫu đối chứng Như vậy, gỗ Cao su sau xử lý Natri silicat có khả làm giảm độ hút nước, hút ẩm dãn nở iii SUMMARY Abstract study: "Research of water absorption, moisture absorption, swelling of rubber wood (Hevea brasiliensis Muell Arg) denatured with sodium silicate (Na2SiO3)", was conducted in the laboratory Export Processing Faculty of Forestry, University of Agriculture and Forestry in Ho Chi Minh City, during 03/01/2013 to 06/30/2013 Results obtained from experiments showed that sodium silicate concentration and treatment time may affect water absorption, moisture absorption, swelling of the wood The relationship is expressed by the correlation regression equation as follows: For water absorption function: Y2hn = 53,86 - 10,2379.x1 - 0,729197.x2 - 0,5125.x1.x2 - 0,57875.x12 + 1,17875.x22 For the moisture content: Y2ha = 10,9335 - 3,49928.x1 - 0,491562.x2 + 0,791848.x22 For proportional swelling tangential direction: Y2tt = 4,89348 - 1,9401.x1 - 0,43163.x2 - 0,200652.x12 For proportional swelling in the radial direction: Y2xt = 2,4087 - 1,25333.x1 - 0,179409.x2 + 0,24337.x22 For proportional swelling of vertical grain wood: Y2dt = 0,38 - 0,161066.x1 - 0,0506066.x2 Optimization problem is established on the basis of the function Y2hn, Y2ha, Y2tt, Y2xt, Y2dt, optimal results are achieved as follows: Y2hn = 37,7782 % at a concentration of 37,175 % and the processing time is days 14,8008 hours Y2ha = 5,8720 % at a concentration of 37,175 % and the processing time is days of 7,368 hours Y2tt = 1,1387 % at a concentration of 37,175 % and the processing time is days 9,936 hours Y2xt = 0,6204 % at a concentration of 37,175 % and the processing time is days 8,8464 hours Y2dt = 0,0807 % at a concentration of 37,175 % and the processing time is days 9,936 hours Rubber wood after treatment with sodium silicate for water absorption, moisture absorption, swelling is lower than the control sample Thus, after the rubber wood is treated with sodium silicate will be able to reduce water absorption, moisture absorption and swelling iv MỤC LỤC TRANG TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii SUMMARY iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi LỜI NÓI ĐẦU xiii Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Địa điểm nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 Cơ sở lý thuyết biến tính gỗ 2.2 Một số phương pháp biến tính gỗ 2.2.1 Biến tính nhiệt 2.2.2 Biến tính v 2.2.3 Biến tính nhiệt 2.2.4 Biến tính hóa 2.2.5 Biến tính gỗ theo phương pháp enzim 2.2.6 Biến tính gỗ theo phương pháp di truyền gen biện pháp lâm sinh 2.2.7 Biến tính gỗ theo phương pháp hóa học 2.3 Các thông số cơng nghệ ảnh hưởng đến hiệu biến tính gỗ theo phương pháp hóa học 2.3.1 Chất xúc tác 2.3.2 Nhiệt độ 10 2.3.3 Thời gian 10 2.3.4 Loại gỗ 10 2.4 Khái quát Cây Cao su 11 2.4.1 Đặc điểm sinh trưởng Cao su 11 2.4.2 Đặc điểm cấu tạo gỗ Cao su 12 2.4.2.1 Cấu tạo thô đại 12 2.4.2.2 Cấu tạo hiển vi 12 2.4.3 Tính chất gỗ Cao su 14 2.4.3.1 Tính chất vật lí 14 2.4.3.2 Tính chất học 14 2.4.3.3 Thành phần hóa học 15 2.5 Tình hình nghiên cứu biến tính gỗ 15 2.5.1 Nghiên cứu nước 15 2.5.2 Nghiên cứu nước 17 Chƣơng NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 3.1 Nội dung nghiên cứu 20 3.2 Phương pháp nghiên cứu 20 3.2.1 Vật liệu nghiên cứu 20 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu 23 3.2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 23 vi 3.2.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 23 3.2.3 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 32 3.2.4 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 35 3.2.5 Phương pháp giải tốn tối ưu hóa 36 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 4.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm 37 4.1.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm hàm độ hút nước Yhn (%) 37 4.1.1.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc Y1hn 37 4.1.1.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc hai Y2hn 37 4.1.1.3 Xác định thông số tối ưu hàm độ hút nước Y2hn 39 4.1.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm hàm độ hút ẩm Yha (%) 40 4.1.2.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc Y1ha 40 4.1.2.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc hai Y2ha 41 4.1.2.3 Xác định thông số tối ưu hàm độ hút ẩm Y2ha 43 4.1.3 Kết nghiên cứu thực nghiệm hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến Ytt (%) 44 4.1.3.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc Y1tt 44 4.1.3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc hai Y2tt 44 4.1.3.3 Xác định thông số tối ưu hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến Y2tt 47 4.1.4 Kết nghiên cứu thực nghiệm hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều xuyên tâm Yxt (%) 47 4.1.4.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc Y1xt 47 4.1.4.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc hai Y2xt 48 4.1.4.3 Xác định thông số tối ưu hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều xuyên tâm Y2xt 50 4.1.5 Kết nghiên cứu thực nghiệm hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều dọc thớ Ydt (%) 51 4.1.5.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc Y1dt 51 vii 4.1.5.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thí nghiệm bậc hai Y2dt 51 4.1.5.3 Xác định thông số tối ưu hàm tỉ lệ dãn nở theo chiều dọc thớ Y2dt 54 4.2 Thảo luận 54 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 5.1 Kết luận 61 5.2 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 68 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam ANOVA: Phương pháp phân tích phương sai hn: hút nước ha: hút ẩm XT xt: xuyên tâm TT tt: tiếp tuyến DT dt: dọc thớ STT: số thứ tự SLLL: số lần lặp lại n: số yếu tố đầu vào Y: dạng mã hóa A: dạng thực S: nồng độ Natri silicat dạng thực T: thời gian xử lý hóa chất dạng thực Fb: Tiêu chuẩn Fisher tra theo bảng Ft: Tiêu chuẩn Fisher tính theo cơng thức MOR: Modulus Of Rupture: Độ bền uốn MOE: Modulus Of Elasticly: Độ bền uốn tĩnh ix PHỤ LỤC 58: BẢNG ANOVA TỈ LỆ DÃN NỞ THEO CHIỀU DỌC THỚ GỖ CAO SU XỬ LÝ BIẾN TÍNH BẰNG NATRI SILICAT Ở DẠNG BẬC HAI (ĐÃ LOẠI BỎ HỆ SỐ KHÔNG TIN CẬY) DẠNG THỰC ANOVA for Ddt - factor study -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:S 2075381 2075381 68.72 0012 B:T 0204882 0204882 6.78 0498 Lack-of-fit 0704937 0117489 3.89 1047 Pure error 0120800 0030200 -Total (corr.) 31060000 12 R-squared = 0.934148 R-squared (adj for d.f.) = 0.980977 PHỤ LỤC 59: BẢNG CÁC GIÁ TRỊ HỒI QUI TỈ LỆ DÃN NỞ THEO CHIỀU DỌCTHỚ GỖ CAO SU XỬ LÝ BIẾN TÍNH BẰNG NATRI SILICAT Ở DẠNG BẬC HAI (ĐÃ LOẠI BỎ HỆ SỐ KHÔNG TIN CẬY) DẠNG THỰC Regression coeffs for Ddt - factor study -constant = 0.732476 A:S = -0.0128853 B:T = -0.0506066 PHỤ LỤC 60: LẬP TRÌNH MATLAB TÌM GIÁ TRỊ TỐI ƢU CỦA PHƢƠNG TRÌNH Y2hn Display: 'final' MaxFunEvals: [] MaxIter: [] TolFun: 1.0000e-006 TolX: [] FunValCheck: 'off' OutputFcn: [] PlotFcns: [] ActiveConstrTol: [] Algorithm: 'trust-region-reflective' AlwaysHonorConstraints: 'bounds' BranchStrategy: [] DerivativeCheck: 'off' Diagnostics: 'off' DiffMaxChange: 0.1000 DiffMinChange: 1.0000e-008 FinDiffType: 'forward' GoalsExactAchieve: [] GradConstr: 'off' GradObj: 'off' HessFcn: [] Hessian: [] HessMult: [] HessPattern: 'sparse(ones(numberofvariables))' HessUpdate: [] InitialHessType: [] InitialHessMatrix: [] InitBarrierParam: 0.1000 InitTrustRegionRadius: 'sqrt(numberofvariables)' Jacobian: [] JacobMult: [] JacobPattern: [] LargeScale: 'on' LevenbergMarquardt: [] LineSearchType: [] MaxNodes: [] MaxPCGIter: 'max(1,floor(numberofvariables/2))' MaxProjCGIter: '2*(numberofvariables-numberofequalities)' MaxRLPIter: [] MaxSQPIter: '10*max(numberofvariables,numberofinequalities+numberofbounds)' MaxTime: [] MeritFunction: [] MinAbsMax: [] NodeDisplayInterval: [] NodeSearchStrategy: [] NonlEqnAlgorithm: [] NoStopIfFlatInfeas: 'off' ObjectiveLimit: -1.0000e+020 PhaseOneTotalScaling: 'off' Preconditioner: [] PrecondBandWidth: RelLineSrchBnd: [] RelLineSrchBndDuration: ScaleProblem: 'obj-and-constr' ShowStatusWindow: [] Simplex: [] SubproblemAlgorithm: 'ldl-factorization' TolCon: 1.0000e-006 TolConSQP: 1.0000e-006 TolGradCon: 1.0000e-006 TolPCG: 0.1000 TolProjCG: 0.0100 TolProjCGAbs: 1.0000e-010 TolRLPFun: [] TolXInteger: [] TypicalX: 'ones(numberofvariables,1)' UseParallel: 'never' function [f,G] = Yhap(x) f = 53.86 – 10.2379*x(1) - 0.729197*x(2) – 0.5152*x(1)*x(2) – 0.57875*x(1) + 1.17875*x(2)^2 G = []; options = optimset('fmincon'); x0=[0,0]; A=[]; b=[]; Aeq=[];beq=[];lb=[-1.414,-1.414];ub=[1.414,1.414]; [x,fval,exitflag]=fmincon('Yhnp',x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,'Ghnp',options) Warning: Trust-region-reflective method does not currently solve this type of problem, using active-set (line search) instead > In fmincon at 437 f = 53.8600 f = 53.8600 f = 53.8600 f = 37.7931 f = 37.7931 f = 37.7931 f = 37.7921 f = 37.7921 f = 37.7921 f = 37.7782 f = 37.7782 f = 37.7782 Optimization terminated: directional derivative predicts change in objective value less than options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-006): lower upper ineqlin ineqnonlin x = 1.4140 fval = 37.7782 exitflag = 0.6167 PHỤ LỤC 61: LẬP TRÌNH MATLAB TÌM GIÁ TRỊ TỐI ƢU CỦA PHƢƠNG TRÌNH Y2ha options = optimset('fmincon'); x0=[0,0]; A=[]; b=[]; Aeq=[];beq=[];lb=[-1.414,-1.414];ub=[1.414,1.414]; [x,fval,exitflag]=fmincon('Yhap',x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,'Ghap',options) Warning: Trust-region-reflective method does not currently solve this type of problem, using active-set (line search) instead > In fmincon at 437 f = 10.9335 f = 10.9335 f = 10.9335 f = 5.9221 f = 5.9221 f = 5.9221 f = 5.8995 f = 5.8995 f = 5.8995 f = 5.8961 f = 5.8961 f = 5.8961 Optimization terminated: first-order optimality measure less than options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-006): lower upper ineqlin ineqnonlin x = 1.4140 fval = 5.8961 exitflag = 0.3104 PHỤ LỤC 62: LẬP TRÌNH MATLAB TÌM GIÁ TRỊ TỐI ƢU CỦA PHƢƠNG TRÌNH Y2tt options = optimset('fmincon'); x0=[0,0]; A=[]; b=[]; Aeq=[];beq=[];lb=[-1.414,-1.414];ub=[1.414,1.414]; [x,fval,exitflag]=fmincon('Yttp',x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,'Gttp',options) Warning: Trust-region-reflective method does not currently solve this type of problem, using active-set (line search) instead > In fmincon at 437 f = 4.8935 f = 4.8935 f = 4.8935 f = 1.5627 f = 1.5627 f = 1.5627 f = 1.3590 f = 1.3590 f = 1.3590 f = 1.1387 f = 1.1387 f = 1.1387 Optimization terminated: first-order optimality measure less than options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-006): lower upper ineqlin ineqnonlin 2 x = 1.4140 fval = 1.1387 exitflag = 1.4140 PHỤ LỤC 63: LẬP TRÌNH MATLAB TÌM GIÁ TRỊ TỐI ƢU CỦA PHƢƠNG TRÌNH Y2xt options = optimset('fmincon'); x0=[0,0]; A=[]; b=[]; Aeq=[];beq=[];lb=[-1.414,-1.414];ub=[1.414,1.414]; [x,fval,exitflag]=fmincon('Yxtp',x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,'Gxtp',options) Warning: Trust-region-reflective method does not currently solve this type of problem, using active-set (line search) instead > In fmincon at 437 f = 2.4087 f = 2.4087 f = 2.4087 f = 0.8135 f = 0.8135 f = 0.8135 f = 0.6064 f = 0.6064 f = 0.6064 f = 0.6034 f = 0.6034 f = 0.6034 f = 0.6034 f = 0.6034 f = 0.6034 Optimization terminated: first-order optimality measure less than options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-006): lower upper ineqlin ineqnonlin x = 1.4140 fval = 0.6034 exitflag = 0.3686 PHỤ LỤC 64: LẬP TRÌNH MATLAB TÌM GIÁ TRỊ TỐI ƢU CỦA PHƢƠNG TRÌNH Y2dt options = optimset('fmincon'); x0=[0,0]; A=[]; b=[]; Aeq=[];beq=[];lb=[-1.414,-1.414];ub=[1.414,1.414]; [x,fval,exitflag]=fmincon('Ydtp',x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,'Gdtp',options) Warning: Trust-region-reflective method does not currently solve this type of problem, using active-set (line search) instead > In fmincon at 437 f = 0.3800 f = 0.3800 f = 0.3800 f = 0.3515 f = 0.3515 f = 0.3515 f = 0.1278 f = 0.1278 f = 0.1278 f = 0.1249 f = 0.1249 f = 0.1249 f = 0.0807 f = 0.0807 f = 0.0807 Optimization terminated: first-order optimality measure less than options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-006): lower upper ineqlin ineqnonlin 2 x = 1.4140 fval = 0.0807 exitflag = 1.4140 a) Mẫu đối chứng c) Mẫu thí nghiệm hút ẩm bậc b) Mẫu thí nghiệm hút ẩm bậc hai d) Mẫu thí nghiệm hút nước dãn nở e) Mẫu gỗ ngâm hóa chất nồng độ thời gian xử lý khác Hình 7: Một số hình ảnh thí nghiệm ... moisture absorption, swelling is lower than the control sample Thus, after the rubber wood is treated with sodium silicate will be able to reduce water absorption, moisture absorption and swelling... phương pháp ép nén kéo năm 1995 Bror Sundqvist, thuộc ngành khoa học vật liệu gỗ, SkelleFtea, Đai học kỹ thuật Lulea, Thụy Điển tiến hành nghiên cứu “sự thay đổi màu sắc cấu trúc acid suốt trình... chung tính hút nước, hút ẩm, dãn nở nói riêng nâng cao giá trị sử dụng gỗ Cao su vấn đề cấp thiết doanh nghiệp quan tâm Biến tính gỗ giải pháp làm cải thiện nhược tính gỗ qua thay đổi cấu trúc thành