Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ thuốc PEG (Polyetylen Glycol ) và thời gian ngâm thuốc đến sự trương nở và khả năng trang sức của gỗ Keo lá tràm

Đặt vấn đề Hiện nay ở nước ta, công nghiệp sản xuất đồ mộc ngày càng phát triển. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp này ngày càng khan hiếm. Đặc biệt là nguyên liệu dùng

Lời cảm ơn

Nhân dịp hoàn thành chuyên đề nghiên cứu khoa học của sinhviên chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo,cô giáo các phòng ban trong khoa chế biến lâm sản trờng Đại họcLâm Nghiệp, những ngời đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốtthời gian qua.

Đặc biệt chúng tôi xin chân thành cảm ơn T.s Trần Văn Chứ,ngời đã tận tình trực tiếp hớng dẫn chúng tôi trong suốt thời gian thựchiện đề tài này.

Chúng tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên thuộc Trungtâm Công nghiệp rừng trờng Đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiệnvề máy móc thiết bị trong thời gian thực hiện đề tài này!.

đặt vấn đề

Hiện nay ở nớc ta, công nghiệp sản xuất đồ mộc ngày càng phát triển Tuynhiên, nguồn nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp này ngày càng khanhiếm Đặc biệt là nguyên liệu dùng cho các loại hình sản phẩm mộc nh: Ván sàn,khung cửa, cánh cửa, các chi tiết cho đồ mộc mỹ nghệ Đối với các chi tiết mộc đó,yêu cầu của nguyên liệu là rất khắt khe, đó là; khả năng trơng nở, co rút phải rấtthấp, khả năng chống chịu môi trờng cao, khả năng chống cháy tốt, có độ bền cơhọc cao, màu sắc phải đẹp, không độc hại hoặc phải nằm trong giới hạn cho phép,

Bên cạnh đó, nh chúng ta đã biết ở nớc ta hiện nay đang và sẽ trồng rất nhiều

các loại cây gỗ mọc nhanh rừng trồng, trong đó có cây gỗ Keo lá tràm ( Acaciaauriculiformis) -một trong các loài cây của chơng trình 5 triệu ha rừng.

Vì vậy nhiệm vụ của ngành Lâm nghiệp nói chung và ngành Chế biến lâm sảnnói riêng là phải nghiên cứu tìm loại nguyên liệu mới hoặc phải nghiên cứu côngnghệ mới để cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất đồ mộc - một ngànhthoả mãn nhu cầu thị hiếu và mang lại lợi nhuận cho quốc gia.

Theo hớng tìm kiếm nguồn nguyên liệu, chúng ta đã có một số công trìnhnghiên cứu nhng kết quả cha thực sự khả qua Muốn đạt đợc yêu cầu của nguyênliệu vẫn cần qua công đoạn chế biến

Hớng thứ 2 - nghiên cứu công nghệ mới mở ra cho chúng ta một hớng đi hếtsức lý thú Công nghệ đó là công nghệ biến tính gỗ Công nghệ này trên thế giới đãcó nhiều nhà khoa học nghiên cứu ở việt Nam hầu nh không có công trình nàonghiên cứu.

Để biến tính gỗ có rất nhiều giải pháp Tuy nhiên giải pháp hiệu quả nhất vẫnlà dùng hoá chất Nhng dùng hoá chất cho biến tính gỗ, chúng ta cần phải quan tâmđến một số vấn đề sau:

- Sự ảnh hởng của hoá chất đến tính chất gỗ và khả năng gỗ có khả năng trangsức tiếp hay không?

- Gỗ sau khi biến tính có ảnh hởng xấu đến môi trờng hay không?

- Giá thành gỗ sau biến tính có quá cao so với các loại gỗ đang dùng cho tạosản phẩm hay không?

- Công nghệ biến tính có quá phức tạp hay không?

Để giải quyết các vấn đề trên là một công việc hết sức cần thiết nhng rất khókhăn Trên thế giới đã có nhiều nớc dùng Polyetylen Glycol để nâng cao chất lợnggỗ theo hớng giảm sự co rút giãn nở và tăng khả năng bảo quản gỗ Tuy nhiên sựảnh hởng của nó đến khả năng trang sức và chống cháy của gỗ thì cha đợc đề cậpđến Mặt khác thời gian ngâm là bao nhiêu, nồng độ hoá chất là bao nhiêu cũng chacó công trình nào công bố.

Vì vậy, với mục đích góp phần vào việc tìm kiếm của nguyên liệu thay thế gỗrừng tự nhiên ngày càng khan hiếm, và đa công nghệ mới vào sản xuất ở nớc ta,

chúng tôi tiến hành nghiên cứu chuyên đề: “Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độthuốc PEG (Polyetylen Glycol ) và thời gian ngâm thuốc đến sự trơng nở và khảnăng trang sức của gỗ Keo lá tràm”..

Biến tính gỗ là quá trình tác động hoá học, cơ học, nhiệt học, hoặc đồng thờilàm thay đổi lại cấu trúc của gỗ mà chủ yếu là tác động vào các nhóm hydroxil Quátrình này làm cho các tính chất của gỗ thay đổi.

Các công nghệ khác nhau của biến tính gỗ đã đợc nghiên cứu và ứng dụng vàosản xuất từ lâu Nhng do giá thành gỗ biến tính và đòi hỏi của môi trờng nên chỉ gầnđây nó mới đợc áp dụng Công nghệ biến tính gỗ (không độc hại) đang là một xu thếđòi hỏi cần đợc nghiên cứu và áp dụng.

Biến tính vật liệu gỗ có thể theo các hớng sau:

- Cải thiện các tính chất của gỗ mọc nhanh rừng trồng để cho nó ít biến dạngvà bền với môi trờng Phơng pháp có thể là nhiệt, hoá, cơ và enzim

- Xử lý ván mỏng để tạo ra ván dán hoặc LVL có chất lợng tốt.

- Xử lý dăm gỗ để tạo ván dăm, ván OSB (Oriented Strand Board), MDF vàHDF.

Biến tính gỗ có rất nhiều phơng pháp.

Trong những năm gần đây, ở các nớc phát triển nh Mỹ, Nhật, Nga, Phần Lan đangsử dụng các phơng pháp biến tính sau: nhiệt cơ, hoá cơ, hoá học, nhiệt hóa, bức xạhoá học Biến tính gỗ theo 2 xu hớng chủ yếu: nén chặt và không nén chặt Một sốloại hình biến tính; ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỉ trọng, polyme hoá Cácphơng pháp biến tính gỗ đợc mô tả nh sau:

+ Phơng pháp nhiệt cơ:

Nguyên lý của phơng pháp này là gỗ đợc gia nhiệt trớc, sau đó đợc nén (ép) ới áp suất nhất định để tạo sản phẩm có kết cấu chặt chẽ Gỗ đợc biến tính bằng ph-ơng pháp ép nhiệt còn gọi là gỗ ép Trớc khi ép gỗ cần hấp hoặc làm nóng gỗ, trong

d-quá trình ép gỗ ở trong mặt phẳng vuông góc với chiều thớ gỗ sẽ xảy ra sự thay đổivề cấu trúc thô đại của gỗ Kết quả là ta thu đợc loại sản phẩm mới có khối lợng thểtích và các tính chất cơ lý tơng đối cao Biến tính theo phơng pháp này, sử dụngnguyên liệu chủ yếu là các loại gỗ lá rộng loại mềm Gỗ ép có độ bền, độ cứng lớnhơn nhiều so với gỗ tự nhiên (0,8 - 1,35g/cm3) có khả năng chịu mài mòn tốt và cókhả năng thay thế một số chi tiết máy bằng kim loại màu(ống bọc, bánh răng loạinhỏ, ván sàn) Trong một số trờng hợp có thể tẩm thêm các chất nh: dầu, polyme đểtạo ra vật liệu có khả năng chịu mài mòn tốt Cũng có những loại gỗ đợc bóc hoặclạng mỏng, sau đó ván mỏng đợc tẩm các loại hoá chất và đợc ép lại tạo ra gỗ éplớn Phơng pháp này đòi hỏi máy ép có áp lực rất lớn, tỷ trọng của ván rất cao, tínhđàn hồi trở lại cũng lớn.{14],[15].

+ Phơng pháp hoá nhiệt:

Trớc tiên gỗ cần đợc tẩm hoá chất sau đó đợc dồn nén lại, các hoá chất tronggỗ sẽ đóng rắn Xử lý hoá học gỗ sẽ làm thay đổi vách tế bào, gỗ sẽ dẻo, do đó ta dễdàng làm thay đổi hình dạng của gỗ Gỗ đợc hoá dẻo bằng hoá chất sẽ thấm nớc, tr-ơng nở và đàn hồi trở lại Gỗ ép theo phơng pháp này đợc áp dụng để sản xuất đồmộc, ván sàn,

Theo hớng khác, gỗ đợc tẩm các monome có khả năng kết dính, oligome nhựahóa học, sau đó sẽ qua giai đoạn nhiệt hoá với mục đích tạo ra các phản ứng trùnghợp hoặc trùng ngng xảy ra trong gỗ Trong một số trờng hợp sẽ xảy ra các phảnứng hoá học của các chất tẩm với polyme của gỗ Các chất tẩm thông thờng là cácchất rợu, phenol, nhựa polyeste(PE) Ngoài ra để biến tính ta có thể dùng các kimloại có nhiệt độ nóng chảy thấp Các kim loại này là Zn, Sn, Pb, Bi, Cd biến tính gỗbằng phơng pháp các chất nhựa hoá học sẽ làm giảm khả năng hút ẩm, thấm nớc,hút nớc làm giảm khả năng trơng nở, tăng độ bền, độ cứng Gỗ biến tính theo phơngpháp này đợc sử dụng trong xây dựng, đồ mộc gia dụng.

+Phơng pháp bức xạ - hoá học:

Gỗ đợc tẩm các chất metylmeta krilat, stirol và các chất monome khác, dới tácdụng của các tia bức xạ xảy ra phản ứng trùng hợp ở trong gỗ Gỗ đợc biến tính theophơng pháp này sẽ tạo ra sản phẩm có kích thớc ổn định, các tính chất cơ lý sử dụngtơng đối cao Gỗ ép đợc sử dụng để sản xuất ra ván sàn thanh, các chi tiết máy[14].

+Phơng pháp hoá học:

Gỗ đợc tẩm các chất hoá học nh amoniac và một số chất khác Các chất này cókhả năng làm thay đổi cấu trúc và thành phần hoá học của gỗ Tẩm chất amoniac sẽlàm tăng khả năng biến dạng của gỗ, gỗ sẽ dồn nén lại trong quá trình sấy.

Gỗ có khả năng thay đổi màu Gỗ sau khi biến tính theo phơng pháp này thìtính chất cơ học có giảm đi một chút, tuy vậy khả năng hút ẩm, hút nớc, trơng nở, co

giãn có giảm đi đáng kể Vì vậy nó đợc ứng dụng làm các vật liệu có hình dạng,kích thớc ổn định[15].

Ngoài các giải pháp biến tính trên, trên thế giới có một số giải pháp khác màlàm thay đổi tính chất của gỗ Các giải pháp này vẫn đợc coi là biến tính nh: các loạiván nhân tạo(ván dán, ván dăm, ván LVL(Laminated Veneer Lumber))

+ Các nghiên cứu về máy và thiết bị biến tính gỗ:

Cho đến nay các máy và thiết bị biến tính gỗ đã phát triển rất mạnh Các nớccó dây truyền biến tính gỗ là Nga, Mỹ, Nhật Bản, Phần Lan ở Trung Quốc trongnhững năm 1985 đến nay cũng đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về công nghệmáy móc và thiết bị Có rất nhiều thiết bị trong dây truyền biến tính gỗ theo phơngpháp hoá cơ Tuy nhiên chủ đạo vẫn là máy ngâm tẩm, thiết bị áp lực chân không(phơng pháp hoá học), máy sấy cao tần hoặc sấy đối lu (phơng pháp hóa học vànhiệt).

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất gỗ biến tính ở trong nớc:

Vào những năm 1987 - 1988 ở Việt Nam ngành dệt sử dụng các loại máy dệtthoi Các loại thoi dệt đợc mua từ Trung Quốc, Nhật Bản, ấn Độ Giá mỗi con thoikhi đó khoảng 10 - 12 USD Thời gian này ở Việt Nam rất khó khăn về kinh tế.Ngành dệt đã tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ Dẻ đỏ để làm thoi, thoi gỗ Dẻ đỏ dệtđợc 300 - 350m vải trong khi đó thoi của nớc ngoài có thể dệt từ 1000 - 1200mvải[7].

Viện Công nghiệp rừng tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ biến tính từ gỗ Mỡ,Thông nàng, Vạng trứng để sản xuất thoi dệt Gỗ Vạng trứng(Endospermum) cókhối lợng thể tích 0,52g/cm3, độ bền uốn tĩnh 840KG/cm3 đợc tẩm dung dịch PhenolSpirt kết hợp với nén - ép để tăng khối lợng thể tích Phôi gỗ có kích thớc36x5,5x7,8cm theo chiều dài, rộng, dày, độ ẩm W=12%; dung dịch tẩm có độ nhớt30giây (cốcBZ-4 ở nhiệt độ 300C), hàm lợng khô 33%; lợng chất biến tính tẩm vào 1phôi tính theo lợng khô 156gam; mức độ nén ép 35% tính theo thể tích ban đầu Kếtquả thu đợc phôi gỗ có khối lợng thể tích 0.88-0.90 g/cm3 Loại phôi này đã đợc bộkhoa học công nghệ và môi trờng giúp đề tài chính để sản xuất thoi và dệt thử tạinhà máy dệt bạt19/5 Hà Nội và nhà máy dệt Nam Định Kết quả thử thoi từ gỗ VạngTrứng(Endospermum sinesis) đạt đợc từ 500 - 600m vải

Tại ĐH Lâm Nghiệp đã có một số công trình nghiên cứu của giáo viên và sinhviên khoa Chế biến đã nghiên cứu một số phơng pháp nh: Phơng pháp ngâm thờng,phơng pháp tẩm nóng lạnh, phơng pháp áp lực chân không để đa thuốc bảo quản vàotrong gỗ Mục tiêu nghiên cứu của các công trình đó chỉ mới dừng lại ở mức bảoquản gỗ mà cha có hớng ổn định, biến tính gỗ

Mặc dù các phơng pháp biến tính nh: nhiệt cơ, hoá cơ để tạo ra các loại gỗbiến tính cũng đã đợc thảo luận, song do điều kiện về máy móc cha đáp ứng đợc yêu

cầu của máy biến tính gỗ, do đó chất lợng gỗ biến tính cũng cha đáp ứng theo tiêuchuẩn

Qua điều tra về các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoàinớc chúng tôi thấy: Hớng nghiên cứu biến tính gỗ ở trong nớc là hết sức cần thiết vàcó ý nghĩa Điều này không những nâng cao chất lợng sản phẩm, mà còn tạo côngăn việc làm, giúp chúng ta đa dạng hoá loại hình sử dụng gỗ.

Vì vậy hớng nghiên cứu của đề tài: nhằm nghiên cứu tìm ra một số giải phápbiến tính gỗ và nghiên cứu sự ảnh hởng của PEG tới các tính chất của gỗ, khả nănghạn chế nứt của gỗ và khả năng trang sức sơn PU.

1.2.Mục tiêu nghiên cứu:1.2.1 Mục tiêu tổng quát:

+ Nghiên cứu công nghệ mới - công nghệ biến tính gỗ nhằm góp phần vàocông việc tìm kiếm nguyên liệu thay thế gỗ rừng tự nhiên đang ngày càng khanhiếm và áp dụng công nghệ mới vào sản xuất chế biến gỗ ở Việt Nam.

+ Nâng cao khả năng sử dụng gỗ mọc nhanh rừng trồng(gỗ Keo lá tràm) - mộttrong các loại gỗ của chơng trình 5 triệu ha rừng.

+ Đa dạng hoá các loại hình sản phẩm từ gỗ rừng trồng.

.2 12 Mục tiêu cụ thể:

+ Tạo ra một số sản phẩm mới bằng một số phơng pháp biến tính Các sảnphẩm biến tính sẽ đợc dùng vào làm nguyên liệu cho ván sàn, các chi tiết mỹ nghệ.

+ Đánh giá ảnh hởng của nồng độ PEG (Polyetylen Glycol ) và thời gian ngâmthuốc đến sự trơng nở của gỗ Keo lá tràm.

+ Đánh giá ảnh hởng của nồng độ PEG(Polyetylen Glycol) và thời gian ngâmthuốc đến một số chỉ tiêu khác.

1.3 Phạm vi nghiên cứu:

+ Đề tài sử dụng phơng pháp ngâm thờng để đa thuốc PEG vào trong gỗ vớicác cấp nồng độ và thời gian theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc 2

+ Nguyên liệu sử dụng ngâm tẩm PEG là gỗ Keo lá tràm

1.4 Nội dung nghiên cứu:

+ Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm thuốc đến sự ơng nở của gố Keo lá tràm.

tr-+ Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm thuốc đến khảnăng trang sức của gỗ Keo lá tràm.

1.5 Phơng pháp nghiên cứu:

Hiện nay khi nghiên cứu về công nghệ ngời ta hay dùng phơng pháp thựcnghiệm Trong chuyên đề nghiên cứu này chúng tôi cũng dùng phơng pháp thựcnghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm cho các nghiên cứu của mình Môhình toán học đợc chọn là kế hoạch hoá thực nghiệm bậc 2.

Các bớc tiến hành thí nghiệm nh sau:

Bớc1: Kiểm tra chất lợng hoá chất và chất lợng nguyên liệu gỗ Keo lá tràm.

Bớc 2: Tiến hành xẻ gỗ theo bản đồ xẻ đã định, cắt mẫu gỗ theo tiêu chuẩn đã định

Bớc 3: Pha hoá chất theo các nồng độ đã định Tiến hành ngâm gỗ trong các dung

dịch theo ma trận quy hoạch thực nghiệm ấn định trớc Nồng độ PEG và thời gianngâm đợc miêu tả ở bảng 1.1 Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc hai có haibiến số nồng độ PEG (N%) và thời gian tẩm (τ giờ ) đợc trình bày ở bảng 1.2.

Bảng 1.1: Nồng độ PEG và thời gian ngâm

Bớc4: Tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu tính chất co rút, giãn nở của gỗ theo các

tiêu chuẩn đã định Để thử mức độ co rút và giãn nở của gỗ chúng tôi sử dụng tiêuchuẩn TCVN 360-70 sửa đổi và 361-70 sửa đổi Với kích thớc mẫu: 30x30x10mm.

Bớc5: Kiểm tra sự ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm đến khả năng

trang sức của gỗ và khả năng chống cháy của gỗ Khả năng trang sức của gỗ kiểmtra theo tiêu chuẩn гoct 15140 - 78 Phơng pháp kiểm tra là rạch ô vuông Khả năngchống cháy của gỗ kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM E69 - 70.

Bảng 1.2 Ma trận quy hoạch thực nghiệm

Chơng II

thí nghiệm và kết quả thí nghiệm

2.1 Quy trình công nghệ tạo gỗ biến tính

Quy trình công nghệ biến tính gỗ theo phơng pháp ngâm thờng gỗ trong dungdịch PEG đợc miêu tả theo sơ đồ hình 2.1

tr-Cấu tạo thô đại của Keo lá tràm :

- Nhìn trên mặt cắt ngang của cây gỗ ta thấy gỗ giác gỗ lõi phân biệt rõ ràng,gỗ giác có màu trắng, gỗ lõi có màu nâu hơi vàng, gỗ có vòng tăng trởng nhngkhông phân biệt rõ ràng, thờng có mắt gỗ

- Mạch gỗ: Lỗ mạch phân tán, hình tròn riêng rẽ, hay dính liền nhau từ 2 - 3 lỗmạch, khá đồng đều Số lợng từ 4-6 mạch/mm2

- Sợi gỗ: Tiết diện hình đa giác, hình dạng không đồng đều, xếp thành từngdãy xuyên tâm

- Tia gỗ: Từ 4-5 tia/mm, hình thon dài, xếp xen kẽ.

- Tế bào mô mềm: Tiết diện hình đa giác, xếp thành từng dãy song song, tia gỗbao quanh lỗ mạch Tế bào mô mềm có chứa tinh thể hình đa giác.

2.1.1.2 Hoá chất:

Sản phẩm Kiểm tra chất l ợng gỗ

Ngâm

Hoá chất dùng trong thí nghiệm là PEG(Polyetylen Glycol ) Công thức cấu tạo: HO - CH2 - (CH2 - O - CH2)n - CH2 - OH

- Nguồn gốc: PEG là loại muối trung tính, màu trắng, không mùi đợc trùnghợp từ nhiều phân tử có gốc (-OH).

+ PEG tan tốt trong nớc, độ PH=7,4, khó bị rửa trôi

PEG là một loại thuốc dùng để biến tính gỗ Nó đã đợc dùng từ rất sớm và kháphổ biến trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam ít đợc sử dụng do công nghệ và thiết bịcha phát triển rộng rãi, thêm nữa giá thành khá cao.

+ PEG có thể tẩm bằng nhièu phơng pháp và là loại thuốc dễ thấm.+ PEG dùng trong thí nghiệm là loại PÊG1000 của Trung Quốc.

- Thành phần: PEG là một thành phần của nhiều loại thuốc khác nhau ở ViệtNam PEG thờng đợc dùng để ngâm tẩm cho gỗ dùng để trạm khắc, thoi dệt và chủyếu dùng trong phòng thí nghiệm.

2.1.2.Dụng cụ thí nghiệm:

- Cân điện tử với độ chính xác 0.1g dùng để cân thuốc;

- Tủ sấy: Nhiệt độ tối đa 3000C, độ chính xác 1±1 0C,dùng để sấy mẫu thêo tiêuchuẩn; ống thuỷ tinh chia vạch 1/10ml, dung tích 500 1ml, dùng pha thuốc; ±1

- Thớc kẹp, với độ chính xác 0.1mm, dùng đo kích thớc mẫu;- Thiết bị dùng để ngâm thờng;

- Máy đo độ ẩm;- Súng phun sơn PU.