Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian xử lý bằng dung dịch ammoniac, tỷ suất nén đến chất lượng gỗ bồ đề (styrax tonkinensis pierre) biến tính theo phương pháp hóa dẻo nén ép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN HỮU THÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ BẰNG DUNG DỊCH AMONIAC, TỶ SUẤT NÉN ĐẾN CHẤT LƯỢNG GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) BIẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP HOÁ DẺO – NÉN ÉP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Tây - 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TRẦN HỮU THÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ BẰNG DUNG DỊCH AMONIAC, TỶ SUẤT NÉN ĐẾN CHẤT LƯỢNG GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) BIẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP HỐ DẺO – NÉN ÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ, giấy Mã số: 60-52-24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: TS Trần Văn Chứ LỜI CẢM ƠN Hà Tây – 2006 LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hồn thành luận văn tốt nghiệp, tơi xin chân thành cảm ơn TS Trần Văn Chứ, người thầy trực tiếp hướng dẫn suốt trình thực luận văn Cảm ơn Khoa Sau Đại Học - Trường Đại học Lâm nghiệp, thầy giáo, tồn thể cán Trung tâm thực nghiệm chuyển giao kỹ thuật Công nghiệp rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Cục chế biến nông lâm sản nghề muối đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu Cảm ơn cán kỹ thuật Trung tâm nghiên cứu chuyển giao cơng nghệ cơng nghiệp rừng Phịng thí nghiệm Trường Đại học Lâm nghiệp; Phòng Tài nguyên thực vật rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam hướng dẫn kỹ thuật hỗ trợ trang thiết bị nghiên cứu, thử nghiệm tốt giúp thực đề tài Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè gia đình quan tâm động viên khích lệ tơi q trình thực luận văn Một lần nữa, xin bày tỏ lòng biết ơn chung tất người giúp đỡ ủng hộ tôi! Hà Tây, Tháng 8-2006 Tác giả Trần Hữu Thành MỤC LỤC Trang bìa phụ Trang Lời cảm ơn ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.2 LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Nội dung nghiên cứu 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.4 Phạm vi nghiên cứu 13 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN VẬT LIỆU LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH 15 HOÁ DẺO - NÉN ÉP 2.1.1 Đặc điểm nguyên liệu gỗ 15 2.1.1.1 Các thành phần vật liệu gỗ đối tượng nghiên cứu 15 khoa học biến tính gỗ 2.1.1.2 Tính chất hút nước thấu nước vật liệu gỗ 17 2.1.1.3 Hóa chất Amoniac (NH3) dung dịch amonihydroxyt (NH4OH) 18 2.2 LÝ THUYẾT BIẾN TÍNH GỖ 19 2.2.1 Khái niệm trình biến tính hố dẻo - nén ép gỗ 20 2.2.2 Biến đổi cấu trúc tính chất gỗ tác động nhiệt độ 21 2.2.3 Cơ chế hoá dẻo nén ép gỗ 24 2.2.3.1 Cơ chế hóa dẻo gỗ 24 2.2.3.2 Xử lý hố dẻo gỗ 26 2.2.3.3 Cơ chế nén ép gỗ 28 2.3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ KHẢ NĂNG THẤM HOÁ CHẤT KHI 29 NGÂM GỖ 2.3.1 Khả thấm hóa chất theo nguyên lý khuyết tán 29 2.3.2 Khả thấm hóa chất theo nguyên lý mao dẫn 31 Chương THỰC NGHIỆM 33 3.1 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ BIẾN TÍNH GỖ BỒ ĐỀ THEO 33 PHƯƠNG PHÁP HOÁ DẺO – NÉN ÉP 3.2 CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU 34 3.2.1 Nguyên liệu gỗ bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) 34 3.2.2 Hoá chất 40 3.3 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 40 3.4 BỐ TRÍ THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG GỖ BỒ 41 ĐỀ BIẾN TÍNH 3.4.1 Tạo phơi gỗ thí nghiệm 41 3.4.2 Hoá dẻo gỗ bồ đề 41 3.4.3 Để 41 3.4.4 Nén ép phôi gỗ bồ đề 41 3.4.5 Sấy gỗ nén 43 3.4.5 Để gỗ nén ổn định phịng kín 46 3.4.6 Cắt mẫu để kiểm tra tiêu chất lượng gỗ nén theo tiêu 43 chuẩn phù hợp Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 45 4.1 KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH GỖ BỒ ĐỀ BIẾN TÍNH 45 4.2 TỶ LỆ CO RÚT, DÃN NỞ, TRƯƠNG DÃN CỦA GỖ BỒ ĐỀ BIẾN 47 TÍNH 4.2.1 Tỷ lệ co rút tiếp tuyến 47 4.2.2 Tỷ lệ co rút xuyên tâm 50 4.2.3 Tỷ lệ dãn nở tiếp tuyến 51 4.2.4 Tỷ lệ dãn nở xuyên tâm 52 4.2.5 Tỷ lệ trương dãn tiếp tuyến 53 4.2.6 Tỷ lệ trương dãn xuyên tâm 54 4.3 ĐỘ BỀN UỐN TĨNH CỦA GỖ BỒ ĐỀ BIẾN TÍNH 55 4.3.1 Độ bền uốn tĩnh tiếp tuyến 55 4.3.2 Độ bền uốn tĩnh xuyên tâm 58 4.4 GIỚI HẠN BỀN NÉN DỌC THỚ 59 4.5 KHẢ NĂNG TRANG SỨC BỀ MẶT CỦA GỖ BỒ ĐỀ SAU KHI 61 ĐƯỢC XỬ LÝ AMONIAC 4.6 KẾT QUẢ GIẢI PHẪU GỖ BỒ ĐỀ BIẾN TÍNH 63 4.7 GIẢI BÀI TỐN TỐI ƯU 67 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 68 KẾT LUẬN Và KHUYẾN NGHỊ 76 KẾT LUẬN 76 KHUYẾN NGHỊ 77 Tài liệu tham khảo Phần phụ biểu ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với tiến khoa học kỹ thuật, ngành khoa học vật liệu phát triển mạnh mẽ tạo nhiều loại vật liệu phục vụ sống nhân loại, ứng dụng hầu hết lĩnh vực giao thông, xây dựng, chế tạo máy, điện tử, viễn thông, y tế…và nhà khoa học quan tâm nghiên cứu công nghệ kỳ diệu khác công nghệ nano (vật liệu có kích thước 1-100 nm) Trong đó, loại vật liệu kim loại, plastic, composite… thay vật liệu gỗ để sản xuất đồ nội, ngoại thất, kết cấu xây dựng, giao thơng… sản suất hàng loạt với mức độ đồng đề cao giá thành thấp Tuy nhiên, so với nhiều vật liệu khác, gỗ loại vật liệu có hệ số phẩm chất cao, có khả cách nhiệt, cách âm, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, vân thớ đẹp, dễ gia công chế biến, trang sức bề mặt… Vì vậy, nhu cầu xã hội gỗ sản phẩm gỗ ngày tăng khối lượng chất lượng Thực tế chứng minh, quốc gia có cơng nghiệp phát triển tiêu thụ gỗ nhiều Theo dự thảo “Chiến lược Lâm nghiệp quốc gia” [13], lượng tiêu thụ gỗ xẻ hàng năm/1000 người nước sau: Ấn độ (7 m3); Trung quốc (12 m3); Malaysia (109 m3); Thái Lan (75 m3); Hàn quốc (126 m3); Brazil (110 m3); Mỹ (420 m3); Đức (216 m3) Nhưng vật liệu gỗ có số nhược điểm mềm xốp; dễ cháy; dễ hút ẩm gây cong vênh, nứt nẻ, biến hình; tính chất học thấp Trong đó, số lĩnh vực, vật liệu gỗ quan trọng, vật liệu khác thay Ví dụ, tay đập, thoi dệt; bạc trục chân vịt tàu thuỷ, chi tiết truyền động có khả chịu mài mịn tự bơi trơn; nhạc cụ, dụng cụ thể thao, tà vẹt… Để khắc phục nhược điểm lợi dụng đặc tính quý kể trên, nhà khoa học tìm nhiều giải pháp cải thiện tính chất nâng cao giá trị sử dụng vật liệu gỗ Vì vậy, khoa học biến tính gỗ đời phát triển nhanh với giải pháp kỹ thuật đại hoá học cao phân tử, dùng tia γ chí sử dụng lượng nguyên tử Cho đến nay, nhiều quốc gia có cơng nghiệp phát triến Nga, Mỹ, Pháp, Ba Lan, Ý, Đức, Nhật Bản, Trung quốc… quan tâm nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ biến tính gỗ Các sản phẩm gỗ biến tính ứng dụng phổ biến quốc gia thị trường nói chung Cơng nghệ biến gỗ biện pháp hữu hiệu để giải vấn đề khan nguyên liệu tạo loại vật liệu có hệ số phẩm chất giá trị sử dụng tốt gỗ nguyên Theo xu chung ngành công nghiệp chế biến lâm sản, Việt Nam bắt đầu tiếp cận cơng nghệ biến tính gỗ với giải pháp đơn giản, phù hợp điều kiện kỹ thuật, thiết bị có Theo quan điểm chúng tôi, để phù hợp điều kiện sản xuất Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ biến tính gỗ nên tập chung vào phương pháp nhiệt hố cơ, việc sử dụng hố chất để hố dẻo gỗ có hiệu Với giải pháp hoá dẻo gỗ hoá chất, yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến mức độ hoá dẻo gỗ gồm loại gỗ, hoá chất, nồng độ hố chất, thời gian xử lý, kích thước phơi gỗ, áp lực ngâm tẩm… Trong trình nén ép, tỷ suất nén, chiều dày phôi gỗ, nhiệt độ nén ép, phương pháp nén ép (nén kín hay nén hở, phương áp lực nén), tốc độ nén… yếu tố định khả tăng khối lượng thể tích ảnh hưởng đến tính chất học, vật lý gỗ nén Trong q trình cơng tác nghiên cứu nhận thấy, số loại rừng trồng mọc nhanh khác, Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) loại có tốc độ sinh trưởng, phát triển nhanh, có nhược điểm độ bền tự nhiên kém, dễ bị cong vênh, biến hình, khó bảo quản, chưa đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu sản xuất đồ mộc cao cấp, mộc xây dựng, trang trí nội thất, mộc giả cổ… Hiện tại, gỗ Bồ đề chủ yếu sử dụng để sản xuất giấy, diêm, bút chì, ván dán Vì vậy, gỗ Bồ đề có đường kính lớn khơng sử dụng hiệu gây lãng phí, thiếu nguyên liệu để sản xuất đồ gỗ Theo đó, yêu cầu thực tế đặt nhà khoa học, nhà sản xuất phải tìm biện pháp nâng cao chất lượng, thẩm mỹ gỗ rừng trồng mọc nhanh nói chung, có gỗ Bồ đề Xuất phát từ yêu cầu trên, để góp phần đóng góp cơng trình nghiên cứu cơng nghệ biến tính gỗ, phân công Trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa sau đại học, thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ, thời gian xử lý dung dịch amoniac, tỷ suất nén đến chất lượng gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) biến tính theo phương pháp hố dẻo – nén ép” Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến gỗ giới tìm biện pháp nâng cao hiệu sử dụng gỗ nâng cao chất lượng gỗ Đến cuối kỷ 20, ngành công nghiệp chế biến gỗ phát triển mạnh với dây chuyền sản xuất ván nhân tạo, giấy, công nghệ xẻ đại dùng laser, tia nước áp lực cao nhằm nâng cao hiệu sử dụng gỗ Ngoài ra, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao chất lượng gỗ quan tâm nhiều quốc gia giới Theo xu hướng này, có phương pháp biến tính gỗ, là nhiệt-cơ; nhiệt-hố-cơ; hố-cơ; hố học xạhố học Mục đích phương pháp nhằm nâng cao khối lượng thể tích độ bền gỗ Trong năm gần đây, nhu cầu sử dụng gỗ Việt Nam tăng nhanh, cho tiêu dùng nội địa xuất Năm 2005 kim ngạch xuất sản phẩm gỗ đạt 1,5 tỷ USD, theo Chính phủ xếp sản phẩm gỗ vào nhóm 10 mặt hàng xuất chiến lược Tuy nhiên, ngành công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam phải đối mặt với thực trạng thiếu nguyên liệu, hàng năm phải nhập khoảng 70-80% nguyên liệu cho nhu cầu, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm tỷ lệ lớn Trong đó, nỗ lực Chương trình trồng rừng, ngành Lâm nghiệp Việt Nam cung ứng sản lượng lớn gỗ rừng trồng Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm tăng trưởng nhanh, có khả tái sinh, gỗ rừng trồng số nhược điểm gỗ mềm, khối lượng thể tích nhỏ, độ bền thấp Trong 5-10 năm tới, nguyên liệu gỗ khan lý sau: Một mặt, với phát triển nhanh ngành công nghiệp chế biến gỗ, nhu cầu tiêu dùng nguyên liệu gỗ tăng Mặt khác, áp lực Tổ chức môi trường quốc ... THÀNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ BẰNG DUNG DỊCH AMONIAC, TỶ SUẤT NÉN ĐẾN CHẤT LƯỢNG GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) BIẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP HOÁ DẺO – NÉN ÉP Chuyên... học, thực đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ, thời gian xử lý dung dịch amoniac, tỷ suất nén đến chất lượng gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) biến tính theo phương pháp hoá dẻo – nén ép? ?? Chương... vấn đề nghiên cứu thay đổi nồng độ, thời gian xử lý dung dịch amoniac, tỷ suất nén tiến hành biến tính gỗ theo phương pháp hố dẻo -nén ép 1.3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU