Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian xử lý trước biến tính nhiệt gỗ keo tai tượng (acacia mangium) đến một số tính chất của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ TRƯỚC BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ KEO TAI TƯỢNG (ACACIA MANGIUM) ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ TRƯỚC BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ KEO TAI TƯỢNG (ACACIA MANGIUM) ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG Chuyên ngành: KTM, TB & CN gỗ giấy Mã số: 60540301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĂN CHỨ Hà Nội, 2013 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi Tất số liệu thu thập kết tính tốn nêu luận văn trung thực, có trích dẫn rõ ràng chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2013 Tác giả Phạm Thị Thu Hà ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Lâm nghiệp theo chương trình đào tạo sau đại học, chuyên ngành KTM, TB & CN gỗ giấy, khố 2011 - 2013, tơi nhận quan tâm, giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Chứ, người tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, thầy cô giáo cán khoa Sau đại học, khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thực nghiệm chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng, Trung tâm thí nghiệm khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp giành động viên, giúp đỡ hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2013 Tác giả Phạm Thị Thu Hà iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt .v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ đồ thị vii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Sơ lược nghiên cứu giới 1.2.2 Ở Việt Nam 1.2.3 Đánh giá chung công trình nghiên cứu 11 1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 12 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 12 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 12 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 13 1.5 Nội dung nghiên cứu 13 1.6 Phương pháp nghiên cứu 14 1.6.1 Phương pháp lý thuyết 14 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 14 1.7 Ý nghĩa vấn đề nghiên cứu 28 1.7.1 Ý nghĩa khoa học 28 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn 28 Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN 29 2.1 Một số thành phần, tính chất gỗ 29 2.1.1 Cellulose 30 2.1.2 Hemicellulose 33 iv 2.1.3 Lignin 34 2.2 Công nghệ sấy gỗ 35 2.2.1 Khái niệm sấy gỗ 35 2.2.2 Bản chất trình sấy gỗ [3] 35 2.2.3 Các khuyết tật gỗ sấy [3], [8] 39 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gỗ sấy [3] .41 2.3 Công nghệ xử lý nhiệt gỗ 46 2.3.1 Khái niệm biến tính nhiệt 46 2.3.2 Cơ chế biến tính nhiệt mơi trường khơng khí [13], [16], [23] 48 2.4 Gỗ Keo Tai tượng [10], [17], [19], [20] 52 2.4.1 Sự phân bố .52 2.4.2 Sự sinh trưởng, phát triển đặc tính thân .52 2.4.3 Cấu tạo gỗ 53 2.4.4 Tính chất gỗ Keo tai tượng .53 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55 3.1 Cơ sở lựa chọn chế độ xử lý trước biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng 55 3.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu, máy móc, dụng cụ, thiết bị thực nghiệm 55 3.1.2 Quy trình thực nghiệm 57 3.1.3 Phương pháp xác định tính chất lý gỗ 59 3.2 Kết đánh giá kết nghiên cứu 61 3.2.1 Kết kiểm tra tỷ lệ giảm khối lượng 61 3.2.2 Kiểm tra tỉ lệ mẫu nứt, tỉ lệ vết nứt gỗ .63 3.2.3 Kiểm tra độ hút nước (WU) hiệu suất chống hút nước (WRE) 66 3.2.4 Kiểm tra độ trương nở (RS) hiệu suất chống trương nở (ASE) 70 3.2.5 Kiểm tra màu sắc gỗ 76 3.2.6 Kiểm tra độ bền uốn tĩnh modul đàn hồi uốn gỗ 79 3.2.7 Kết kiểm tra cường độ chịu nén gỗ 82 3.2.8 Giải toán tối ưu 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị T Nhiệt độ  Thời gian m Khối lượng gỗ V Thể tích gỗ γ Khối lượng thể tích gỗ γ Tỷ lệ giảm khối lượng % ASE Hiệu suất chống trương nở % RS Độ trương nở % WRE Hiệu suất chống hút nước % 10 WU Độ hút nước % 11 Mm Số lượng mẫu nứt mẫu 12 Vm Số lượng vết nứt vết 13 Mm Tỷ lệ mẫu nứt % 14 Vm Tỷ lệ vết nứt % 15 ∆E* Độ lệch màu - 16 L* Độ sáng - 17 a* Chỉ số a* - 18 b* Chỉ số b* - 19 Pmax Lực phá hủy N 20 f Độ võng mẫu mm 21 MOR Cường độ uốn tĩnh Mpa 22 MOE Modul đàn hồi uốn tĩnh Mpa 23 σ Độ bền nén gỗ Mpa C g cm3 g/ cm3 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng TT Trang 1.1 Bảng kế hoạch thực nghiệm 26 1.2 Các mức bước thay đổi thơng số thí nghiệm 27 1.3 Ma trận thực nghiệm bậc với yếu tố ảnh hưởng 27 3.1 Thông số chủ yếu lấy mẫu 56 3.2 TThông số kĩ thuật máy Sumpot 56 3.3 Kích thước mẫu tiêu chuẩn xác định tính chất vật lý gỗ 59 3.4 Kích thước mẫu xác định tính chất học 60 3.5 Kết kiểm tra tỷ lệ giảm khối lượng gỗ Keo tai tượng 61 3.6 Kết kiểm tra tỷ lệ mẫu nứt gỗ Keo tai tượng 64 3.7 Kết kiểm tra tỷ lệ vết nứt gỗ Keo tai tượng 65 3.8 Kết kiểm tra độ hút nước gỗ sau 30 ngày 67 3.9 Kết kiểm tra hiệu suất chống hút nước gỗ sau 30 ngày 68 3.10 3.11 3.12 3.13 Kết kiểm tra độ trương nở theo chiều xuyên tâm gỗ sau 30 ngày Kết kiểm tra hiệu suất chống trương nở theo chiều xuyên tâm gỗ sau 30 ngày Kết kiểm tra độ trương nở theo chiều tiếp tuyến gỗ sau 30 ngày Kết kiểm tra hệ số chống trương nở theo chiều tiếp tuyến gỗ sau 30 ngày 71 72 73 74 3.14 Kết kiểm tra độ lệch màu gỗ lõi 76 3.15 Kết kiểm tra độ lệch màu gỗ giác 77 3.16 Kết kiểm tra độ bền uốn tĩnh gỗ 79 3.17 Kết kiểm tra modul đàn hồi uốn gỗ 80 3.18 Kết kiểm tra độ bền nén dọc thớ gỗ 82 3.19 Kết kiểm tra độ bền nén ngang theo chiều xuyên tâm gỗ 84 3.20 Kết kiểm tra độ bền nén ngang theo chiều tiếp tuyến gỗ 85 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Tên hình TT Trang 1.1 Thước Panme 15 1.2 Cân điện tử 11 1.3 Tủ sấy điện tử 16 1.4 Máy đo kích thước 17 1.5 Hình ảnh đo số màu phần mềm Photoshop 20 1.6 Thiết bị thử tính chất học gỗ 21 2.1 Mơ hình cấu trúc siêu hiển vi gỗ 30 2.2 Phân tử cellulose 30 2.3 Cấu tạo mixen cellulose 31 2.4 Hệ thống liên kết hydro cellulose 32 2.5 Liên kết hydro phân tử cellulose 32 2.6 Liên kết hydro phân tử cellulose trương nở nước 33 2.7 Quá trình sấy gỗ 35 2.8 Gỗ bị khuyết tật nứt 40 2.9 Khuyết tật co móp, cong vênh 40 2.10 Hiện tượng Collapse 41 2.11 Phương thức xếp đống gỗ sấy 44 2.12 Kiểu xếp đống đơn nhỏ kiểu xếp đống gỗ xe goòng 44 2.13 Cấu trúc gỗ 46 2.14 Quá trình phân giải nhiệt hemicellulose gỗ 49 2.15 2.16 Sự thay đổi liên kết hydro phân tử cellulose trình xử lý nhiệt Cơ chế phản ứng gỗ trình xử lý nhiệt 50 51 viii 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Máy sấy Sumpot Quy trình thực nghiệm xử lý trước biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng Quy trình thực nghiệm xử lý biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng Quan hệ nhiệt độ, thời gian xử lý nhiệt với tỷ lệ giảm khối lượng gỗ Quan hệ nhiệt độ, thời gian xử lý nhiệt với tỷ lệ mẫu nứt gỗ Quan hệ nhiệt độ, thời gian xử lý nhiệt với tỷ lệ vết nứt gỗ 57 58 59 62 64 65 80 Y = 282.985 – 1.4X1 - 0.001X12 – 19.683X2 + 0.12X2X1 + 0.238X22 (3.9a) Phương trình tương quan dạng thực: MOR = 6.027 – 2.893T1 - 10T12 – 2.7062 + 1.22T1 + 2.3822 (3.9b) Bảng 3.17: Kết kiểm tra modul đàn hồi uốn gỗ No X1 X2 T  Y1 Y2 Y3 Ytb %MOE - - 100 8943.32 8826.56 8718.16 8829.35 10.95 + - 120 8245.32 7928.74 7953.13 8042.40 18.89 - + 100 11 8084.65 7997.28 7900.82 7994.25 19.37 + + 120 11 7647.29 7770.63 7858.59 7758.84 21.75 + 130 10 7912.42 7678.76 7582.10 7724.42 22.10 - 90 10 8852.39 9037.89 9405.21 9098.49 8.24 + 110 12 8084.73 8270.72 8347.69 8234.38 16.95 - 110 8856.75 8409.89 9156.72 8807.79 11.17 0 110 10 8576.14 9923.55 8844.39 9941.12 8556.28 9881.16 8658.94 9915.28 12.67 0.00 Mẫu đối chứng 10 Từ kết thu bảng 3.17, xây dựng phương trình tương quan dạng mã: Y = 32845.479 – 182.205X1 + 0.059X12 –2370.887X2 + 13.788X2X1 + 33.27X22 3.10a) Phương trình tương quan dạng thực: MOE = 7.087 – 3.525T1 + 5.9T12 – 3.3422 + 1.3792T1 + 3.32722 (3.10b) * Nhận xét: Qua kết bảng 3.16, 3.17 phương trình tương quan, tơi có nhận xét sau: - Độ bền uốn tĩnh (MOR) modul đàn hồi uốn tĩnh (MOE) gỗ xử lý giảm rõ rệt so với gỗ đối chứng Cụ thể là: MOR MOE mẫu đối chứng 100.04 (N/m2) 9915.28 (N/m2); MOR mẫu xử lý 81 giảm dần từ 89.18 (N/m2) đến 75.53 (N/m2), MOE giảm dần từ 9098.49 (N/m2) đến 7724.42 (N/m2) Nguyên nhân giảm cường độ giải thích sau: Sự phá hoại gỗ ngoại lực tác dụng chủ yếu mixelcellulose chất điền đầy hemixellulose lignin bị cắt đứt bẻ gãy tạo + Trong gỗ, hemicellulose có tác dụng kết dính, tạo khả chịu cắt gỗ Hemicellulose có tính nhạy cảm với nhiệt cao cellulose tính bền nhiệt lại hơn, chịu ảnh hưởng nhiệt độ hemicellulose bị phân giải tạo thành cao phân tử có kích thước nhỏ có tính dẻo dai đàn hồi so với vật chất ban đầu Do đó, làm giảm tính học gỗ xử lý nhiệt, đặc biệt cường độ uốn tĩnh modul đàn hồi uốn tĩnh + Trong trình xử lý nhiệt, mức nhiệt độ 100 0C mức nhiệt độ làm biến dạng dẻo gỗ, làm thay đổi cấu trúc lignin Khi nhiệt độ ≥ 130 0C lignin bị phá hủy tạo phenolic, phá hủy làm gia tăng liên kết ngang khu phức hợp lignin – carbonhydrate Đây hệ thống không đàn hồi khiến cho sợi gỗ giảm đàn hồi co dãn Điều khiến cho cường độ modul gỗ giảm xuống nhanh xử lý nhiệt + Ngồi ra, q trình sấy, nhiệt độ 900C bắt đầu có thay đổi tất thành phần gỗ, đặc biệt hemixellulose Hemixellulose bị phân giải tạo môi trường acid làm ảnh hưởng định đến tính ổn định cellulose (do cellulose hemicellulose đan xen nhau) Và nhiệt độ xử lý cao, thời gian dài thay đổi rõ rệt, gỗ dịn hệ cường độ uốn tĩnh modul giảm mạnh - MOR MOE giảm dần nhiệt độ xử lý tăng lên thời gian xử lý dài MOR giảm nhiều so với modul MOE Cụ thể là: Cùng 82 mức thời gian 9h, với nhiệt độ tăng dần từ 100 0C, 1200C MOR giảm từ 13.28% đến 20.77%, MOE giảm từ 10.95% đến 18.89%; với thời gian 10h cho mức nhiệt độ 900C, 1100C, 1300C MOR giảm mạnh, từ 10.86% đến 24.50% MOE giảm từ 8.24% đến 22.10%, Cũng vậy, với mức nhiệt độ 1100C thời gian xử lý 8h MOR 13.93%, MOE 11.17% với thời gian 12h MOR giảm tới 19.11% cịn MOE 16.95% Ngun nhân gây tượng phân giải thay đổi hóa học thành phần tạo gỗ, chủ yếu hemicellulose, lignin tính khơng ổn định cellulose Khi nhiệt độ cao, thời gian dài khiến cho phân giải gỗ rõ rệt, làm giảm tính dẻo dai đàn hồi gỗ, tính dịn gỗ tăng lên, làm cho cường độ gỗ bị giảm sút 3.2.7 Kết kiểm tra cường độ chịu nén gỗ 3.2.7.1 Kết kiểm tra cường độ nén dọc thớ gỗ Kết kiểm tra độ bền nén dọc thớ gỗ trình bày phụ biểu 63 đến phụ biểu 72 phần phụ lục Sau xử lý số liệu phần mềm OPT viện điện nơng nghiệp, ta có kết ghi bảng 3.17 Bảng 3.18: Kết kiểm tra độ bền nén dọc thớ gỗ No X1 X2 T  Y1 Y2 Y3 Ytb Y- %  ed - - 100 44.15 45.10 43.73 44.33 44.81 3.97 + - 120 47.29 46.29 48.88 47.49 47.67 11.38 - + 100 11 46.16 45.89 45.72 45.92 46.03 7.71 + + 120 11 48.74 48.45 48.90 48.70 48.51 14.22 + 130 10 48.19 49.73 48.74 48.88 48.96 14.66 - 90 10 45.22 42.44 43.90 43.85 43.63 2.86 + 110 12 48.50 47.34 47.76 47.86 47.98 12.26 - 110 45.50 47.05 46.03 46.19 45.93 8.34 0 110 10 47.03 48.17 46.34 47.18 46.89 10.66 43.74 42.06 42.10 42.64 10 Mẫu đối chứng 0.00 83 Từ kết thu bảng 3.18, xây dựng phương trình tương quan dạng mã: Y = 0.421 + 0.554X1 -0.001X12 + 1.221X2 - 0.01X2X1 + 0.018X22 (3.11a) Phương trình tương quan dạng thực:  ed = - 9.844 + 5.946T1 – 10T12 + 1.3482 – 12T1 + 1.822 (3.11b) * Nhận xét: Từ kết bảng số liệu 3.18 phương trình tương quan (3.11b), tơi có nhận xét sau: - Cường độ nén dọc thớ (  ed ) gỗ xử lý cao so với cường độ gỗ đối chứng Cụ thể là: Trị số (  ed ) mẫu đối chứng 42.636 (N/m2) (  ed ) mẫu xử lý tăng dần từ 43.85 (N/m2) đến 48.88 (N/m2) Nguyên nhân thay đổi giải thích sau: + Như lý luận phần trên, tiến hành xử lý nhiệt ≥ 900C có thay đổi xảy tất thành phần gỗ, đặc biệt hemixellulose Hemicellulose xếp đan xen với cellulose coi lớp “vữa” nối cellulose lại với Do vậy, hemicellulose bị phân giải tạo cao phân tử có kích thước nhỏ xếp sít lại với làm cho kết cấu hemicellulose – cellulose vững Do đó, ta tác dụng ngoại lực theo chiều dọc thớ gỗ, gỗ chịu lực cao + Khi nhiệt độ xử lý ≥ 1300C lignin bắt đầu bị phá hủy Trong cấu tạo gỗ, lignin coi lớp “xi măng” bám quanh cellulose Vì thế, lignin bị phá hủy tạo liên kết ngang “giằng” lấy cellulose, khiến cho khối sợi vững Do đó, gỗ chịu lực nén tốt -  ed gỗ tăng dần nhiệt độ xử lý cao thời gian xử lý dài Cụ thể là: Cùng mức thời gian xử lý gỗ  9h, với nhiệt độ xử lý T = 1000C  ed tăng nhẹ 3.97%, T = 1200C  ed tăng tới 84 11.38%; với 10h, T chạy từ 900C, 1100C, 1300C  ed tăng từ 2.86% đến 14.88%, … Cũng vậy, sấy nhiệt độ 1100C, với 8h  ed tăng 8.34% xử lý với 12h  ed tăng lên 12.26% Nguyên nhân do: Khi nhiệt độ xử lý cao thời gian kéo dài làm cho phân giải, tạo phản ứng hình thành cao phân tử có kích thước nhỏ nhiều hơn, làm cho mối liên kết lignin – cellulose – hemicellulose khăng khít, vững Vì thế, chịu lực nén dọc thớ gỗ tăng theo tăng nhiệt độ thời gian 3.2.7.2 Kết kiểm tra cường độ nén ngang thớ gỗ Kết kiểm tra độ bền nén ngang theo chiều xuyên tâm tiếp tuyến gỗ trình bày phụ biểu 73 đến phụ biểu 92 phần phụ lục Sau xử lý số liệu phần mềm OPT viện điện nơng nghiệp, ta có kết ghi bảng 3.19, 3.20 Bảng 3.19: Kết kiểm tra độ bền nén ngang theo chiều xuyên tâm gỗ No X1 X2 T  Y1 Y2 Y3 Ytb Y- %  en - - 100 7.45 7.53 7.84 7.61 7.56 5.64 + - 120 7.13 6.87 6.78 6.93 7.03 14.06 - + 100 11 7.18 7.74 7.44 7.45 7.39 7.56 + + 120 11 6.91 6.74 6.80 6.82 6.91 15.44 + 130 10 6.66 6.93 6.76 6.78 6.70 15.84 - 90 10 7.48 7.62 7.82 7.64 7.71 5.20 + 110 12 7.14 7.10 6.91 7.05 7.05 12.53 - 110 6.83 7.59 7.65 7.36 7.34 8.74 0 110 10 7.22 7.30 7.35 7.29 7.25 9.52 8.05 7.96 8.17 8.06 10 Mẫu đối chứng 0.00 85 Từ kết thu bảng 3.19, xây dựng phương trình tương quan dạng mã: Y = 9.176 – 0.011X1 - 0.0001X12 + 0.081X2 + 0.001X2X1 - 0.014X22 (3.12a) Phương trình tương quan dạng thực:  nxt = 8.981 – 1.321T1 – 10.00T12 + 1.2512 + 10.002T1 – 1.4022 (3.12b) Bảng 3.20: Kết kiểm tra độ bền nén ngang theo chiều tiếp tuyến gỗ No X1 X2 T  Y1 Y2 Y3 Ytb Y- %  en - - 100 6.49 5.86 5.86 6.07 6.04 11.27 + - 120 5.47 5.97 5.84 5.76 5.76 15.82 - + 100 11 5.89 5.68 5.98 5.85 5.84 14.51 + + 120 11 5.26 5.36 5.59 5.40 5.43 21.02 + 130 10 5.54 5.47 5.61 5.54 5.52 19.03 - 90 10 6.36 6.10 6.13 6.20 6.21 9.40 + 110 12 5.26 5.42 5.34 5.34 5.33 21.94 - 110 5.72 5.83 5.98 5.84 5.86 14.56 0 110 10 5.87 6.58 5.73 6.86 5.82 7.07 5.81 6.84 5.81 15.08 0.00 10 Mẫu đối chứng Từ kết thu bảng 3.20, xây dựng phương trình tương quan dạng mã: Y = 1.666 – 0.016X1 + 0.0002X12 + 1.327X2 - 0.003X2X1 -0.054X22 (3.13a) Phương trình tương quan dạng thực:  ntt = -1.197 + 1.626T1 + 2.00T12 + 2.2092 – 3.002T1 – 5.4022 (3.13b) * Nhận xét: Qua kết theo bảng 3.19, 3.20 phương trình tương quan, tơi có nhận xét sau: 86 - Độ bền nén ngang (  en ) theo hai chiều xuyên tâm tiếp tuyến gỗ xử lý nhiệt giảm so với trị số nén ngang gỗ đối chứng Cụ thể là: Theo chiều xuyên tâm,  en gỗ đối chứng 8.06 (N/m2)  en gỗ xử lý giảm dần từ 7.64 (N/m2) đến 6.78 (N/m2); theo chiều tiếp tuyến,  en gỗ đối chứng 6.84 (N/m2)  en gỗ xử lý giảm dần từ 6.20 (N/m2) đến 5.34 (N/m2) Nguyên nhân giảm giải thích sau: + Trong cấu tạo gỗ, tia gỗ xếp theo chiều ngang thân Khi tác dụng lực nén ngang lên mẫu gỗ tế bào cấu tạo nên tia gỗ chịu lực tác dụng chủ yếu Tuy nhiên, tác dụng nhiệt độ, tế bào xếp dọc thân cây, chúng bị phân giải thành phần hemicellulose lignin, tạo cao phân tử có kích thước nhỏ acid làm ảnh hưởng tới tính ổn định cellulose Điều làm cho kết cấu gỗ theo chiều ngang trở nên lỏng lẻo hơn, độ bền nén ngang chúng bị giảm + Mặt khác, theo phân tích mục 3.2.6 đàn hồi gỗ hay sợi gỗ giảm Chính điều làm cho chịu tác dụng ngoại lực theo chiều ngang thớ gỗ làm giảm nhiều Do đó, sức chịu nén ngang gỗ bị giảm -  en gỗ xử lý giảm tăng nhiệt độ kéo dài thời gian xử lý Cụ thể là: Theo chiều xuyên tâm, với thời gian xử lý 8h, 9h, 10h, 11h, 12h nhiệt độ xử lý 90 0C, 1000C, 1100C, 1200C, 1300C  en giảm từ 5.2% đến 15.84%; theo chiều tiếp tuyến,  en giảm từ 9.4% đến 21.94% Ví dụ như: Với = 10h, T = 900C, 1100C, 1300C  en giảm từ 5.2% đến 15.84% theo chiều xuyên tâm giảm từ 9.4% đến 19.03% theo chiều tiếp tuyến; vậy, xử lý mức nhiệt độ 110 0C với thời gian 8h  en giảm 8.74% theo xuyên tâm 14.56% theo tiếp tuyến, với thời gian 12h  en giảm tới 12.53% theo xuyên tâm giảm tới 87 21.94% theo tiếp tuyến Nguyên nhân do, nhiệt độ sấy cao phân giải thành phần gỗ lớn, làm cho đàn hồi dẻo dai gỗ giảm rõ rệt, chịu lực Vì vậy, xử lý nhiệt, ta tăng nhiệt độ sấy thời gian kéo dài làm giảm độ bền nén ngang gỗ 3.2.8 Giải tốn tối ưu Mục đích tốn tìm giá trị nhiệt độ xử lý (X1) thời gian xử lý (X2) tối ưu nhằm đưa thông số công nghệ cho giai đoạn xử lý trước biến tính, giúp cho trình xử lý nhiệt đạt hiệu quả, nâng cao chất lượng gỗ biến tính nhiệt Để đạt mục tiêu nghiên cứu, tơi chọn tiêu để giải toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ: + Hiệu suất chống hút nước WRE = Y1  7.07%; + Hiệu suất chống trương nở chiều xuyên tâm ASExt = Y2  11.08%; + Hiệu suất chống trương nở chiều tiếp tuyến ASEtt = Y3  34.72%; + Độ bền uốn tĩnh MOR = Y4 ≤ 89.18 N/mm2; + Modul đàn hồi uốn tĩnh MOE = Y5 ≤ 9098.49 N/mm2; + Độ bền nén dọc thớ  ed = Y6  43.85 N/mm2; + Độ bền nén ngang chiều xuyên tâm  en = Y7 ≤ 7.64 N/mm2; + Độ bền nén ngang chiều tiếp tuyến  en = Y8 ≤ 6.20 N/mm2 Các phương trình tương quan dạng thực lập phần sau: WRE = 3.813 – 9.212T1 + 10T12 – 3.7582 – 12T1 + 1.4522 ASExt = 4.483 – 3.461T1 + 6T12 – 3.0712 + 1.422T1 + 4.422 ASEtt = - 1.247 + 2.386T1 + 10T12 – 7.7462 - 1.052T1 + 3.1822 MOR = 6.027 – 2.893T1 - 10T12 – 2.7062 + 1.22T1 + 2.3822 MOE = 7.087 – 3.525T1 + 5.9T12 – 3.3422 + 1.3792T1 + 3.32722 88  ed = - 9.844 + 5.946T1 – 10T12 + 1.3482 – 12T1 + 1.822  nxt = 8.981 – 1.321T1 – 10T12 + 1.2512 + 102T1 – 1.4022  ntt = -1.197 + 1.626T1 + 2T12 + 2.2092 – 32T1 – 5.4022 Áp dụng phương pháp trao đổi giá trị phụ, tối ưu theo tiêu chuẩn Y 1: F(T, , 18) = Y1 + 2* (Y2 - 2) + 3 *(Y3 - 3) + 4 *(Y4 - 4) + 5 *(Y5 - 5) + 6 *(Y6 - 6) + 7 *(Y7 - 7) + 8 *(Y8 - 8) Trong đó: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 giá trị lớn nhỏ tiêu chất lượng Theo mục tiêu đặt ta có: 2 = 11.08, 3 = 34.72, 4 = 89.18, 5 = 9098.49, 6 = 43.85, 7 = 7.64, 8 = 6.20 Đạo hàm riêng hàm F(T, , 18) theo biến T, , 28, ta hệ phương trình ẩn số N, , 28 Giải hệ phương trình ta giá trị tối ưu thơng số đầu vào mơ hình Kết giải toán tối ưu sau: - Nhiệt độ xử lý: T = 114.250C; - Thời gian xử lý:  = 9.83h Như vậy, qua q trình tính tốn xác định giá trị tối ưu cho thấy xử lý nhiệt nhiệt độ 114.250C thời gian 9.83h tính chất vật lý, học gỗ xử lý tốt 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý trước biến tính nhiệt tới tính chất lý gỗ Keo tai tượng, với mức nhiệt độ chạy từ 90 0C đến 1300C thời gian từ 8h đến 12h Qua kết nghiên cứu trình bày luận văn, xin đưa số kết luận sau: - Nhìn chung, gỗ sau xử lý nhiệt có tính chất vật lý, có học cải thiện so với gỗ đối chứng Khi nhiệt độ xử lý cao, thời gian xử lý dài tính chất lý gỗ thay đổi rõ rệt; - Qua q trình tính tốn xác định giá trị tối ưu cho thấy, xử lý gỗ điều kiện thí nghiệm, với mức nhiệt độ 114.25 thời gian 9.83h tính chất gỗ đảm bảo nhất; - Giai đoạn xử lý trước biến tính nhiệt đưa vào thực tiễn sản xuất cơng đoạn sấy gỗ để rút ngắn thời gian, công đoạn, chi phí nâng cao chất lượng sản phẩm Kiến nghị Kết nghiên cứu cho thấy số tính chất lý gỗ xử lý cải thiện rõ rệt so với gỗ đối chứng Tuy nhiên, đề tài cần có nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian xử lý trước biến tính nhiệt tới số tính chất vật lý gỗ, như: + Khuyết tật nứt gỗ qua quan sát hiển vi; + Màu sắc gỗ xử lý quét tia hồng ngoại, quang phổ; + Khả chống vi sinh vật phá hoại - Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian tới chất lượng gỗ biến tính nhiệt xử lý giai đoạn đầu chế độ (1150C, 10h) - Kiểm tra chất lượng gỗ sau xử lý giai đoạn đầu sau biến tính nhiệt TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nam Cao Quốc An (2009), Bài giảng Cơng nghệ biến tính gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Nguyễn Văn Bỉ (1999), Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Hồ Xuân Các – Nguyễn Hữu Quang (2005), Giáo trình Cơng nghệ sấy gỗ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Trần Văn Chứ, Lý Tuấn Trường (2006), Nghiên cứu công nghệ thiết bị biến tính gỗ có khối lượng riêng thấp thành ngun liệu chất lượng cao, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Hà Chu Chử (1997), Hóa học cơng nghệ hóa học, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội, tr 76 – 77 Hà Chu Chử, Hoàng Thúc Đệ (1998), Cơng nghệ hóa lâm sản, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Đinh Quốc Cường (2010), Bài giảng Hóa học phân tích, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội, tr 53 – 62 Vũ Huy Đại, Bài giảng Công nghệ sấy gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Vũ Cao Đàm (1999), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10 Hoàng Thúc Đệ (1993), Nghiên cứu cấu tạo số tính chất chủ yếu gỗ Keo tai tượng, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 11 Đào Thanh Giang (2011), Ảnh hưởng chế độ xử lý thủy nhiệt đến số tính chất vật lý, học gỗ Bạch đàn (Eucalyptus urophylla), Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 12 Nguyễn Văn Hải (2012), Ảnh hưởng áp suất ép đến chất lượng trang sức ván ghép khối ván lạng, khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 13 Nguyễn Trung Hiếu (2012), Nghiên cứu mối quan hệ việc xử lý ổn định kích thước đến tính chất học, vật lý cơng nghệ gỗ Keo tràm (Acacia auriculiformis) xử lý chậm cháy, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 14 Lê Thị Hương (2012), Ảnh hưởng áp suất ép đến số tính chất ván ghép khối từ gỗ Keo tràm sau biến tính thủy-nhiệt, khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 15 Tạ Thị Phương Hoa (2004), Nâng cao tính ổn định kích thước gỗ Keo tràm phương pháp axetyl hóa, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 16 Trần Thị Huê (2011), Ảnh hưởng chế độ xử lý thủy – nhiệt đến số tính chất vật lý, học gỗ Keo tràm (Acacia auriculiformis), luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 17 Nguyễn Đình Hưng (1996), Phân loại gỗ Việt Nam hướng theo mục đích sử dụng, Kết nghiên cứu khoa học công nghệ Lâm nghiệp 1991 – 1995, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 18 Nguyễn Đình Hưng (1999), Khoa học gỗ, Bài giảng dùng cho học viên cao học chuyên ngành Chế biến lâm sản, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 19 Lê Đình Khải (1999), Kết nghiên cứu khoa học chọn giống rừng tập II, Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hà Nội 20 Trần Minh Nghĩa (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian xử lý nhiệt đến chất lượng gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium Will), Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 21 Nguyễn Đình Nhân (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý thủy nhiệt đến số tính chất gỗ Keo tràm, khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 22 Trịnh Thị Hiền Mai (2009), Bài giảng Cơng nghệ biến tính gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 23 Lê Ngọc Phước (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp đến số tính chất gỗ Keo lai (Acacia hybrid)khi hấp gỗ máy sấy thí nghiệm mã hiệu Sumpot, Báo cáo chuyên đề cấp trường, Trường Đai học Lâm nghiệp, Hà Nội 24 Lê Xuân Phương (2011), Bài giảng Công nghệ biến tính gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 25 Trần Ngọc Thiệp, Trần Văn Chứ (2004), Công nghệ biến tính gỗ, Tài liệu dịch, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 26 Lê Xuân Tình (1998), Khoa học gỗ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 27 Trần Thị Trang (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng lượng keo EPI/PVAc đến độ bền dán dính Keo tràm sau biến tính thủy nhiệt, khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 28 Hồ Sỹ Tráng (2003), Cơ sở hóa học gỗ Xenluloza tập I, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 29 Hồ Sỹ Tráng (2003), Cơ sở hóa học gỗ Xenluloza tập II, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 30 Phạm Thị Ngọc Yến (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý gỗ hỗn hợp Boric – Borat đến số tính chất gỗ Keo tràm, khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Tiếng Anh 31 Andreja Kutnar, Milan Šernek (2008), Reasons for colour changes during thermal and hydrothermal treatment of wood 32 Behbood Mohebby’ Ibrahim Sanaei (2005), Influences of the hydro- thermal treatment on physical properties of beech wood (Fagus orientalis), Department of Wood & Paper Sciences, Faculty of Natural Resources & Marine Sciences, Tarbiat Modarress University, P.O Box 46414-356, Noor, Iran 33 BOONSTRA M J, VAN ACKER J, TJEERDSMA B F, et al, Strength properties of thermally modified softwoods and its relation to polymeric structural wood constituents [J] Annals of Forest Science, 2007, 64(7): 679-690 34 Esteves B, Pereira H Wood modification by heat treatment: A review [J] Bioresources, 2009, 4(1): 370-404 35 ESTEVES B, DOMINGOS I, PEREIRA H Improvement of technological quality of eucalypt wood by heat treatment in air at 170-200 degrees C [J] Forest Products Journal, 2007, 57(1-2): 47-52 36 Hill, C.A.S (2006), Wood modification, Chemical, thermal and other processes John Wiley & Son 37 HOLGER MILITZ, TJEERDSMA I B, Heat treatment of wood by the PLATO-Process; proceedings of the Seminar for production and development of heat treated wood in Europe, Finland, F, 2000 [C] 38 Inga JUODEIKIENĖ (2009), Influence of Thermal Treatment on the Mechanical Properties of Pinewood, Department of Mechanical Wood Technology, Kaunas University of Technology, Studentų 56, LT-51424 Kaunas, Lithuania 39 KOCAEFE D, SHI J L, YANG D Q, et a, Mechanical properties, dimensional stability, and mold resistance of heat-treated jack pine and aspen [J] Forest Products Journal, 2008, 58(6): 88-93 40 PHUONG L X, SHIDA S, SAITO Y, et al Effect of heat treatment on bending strength and decay resistance of Styrax tonkinensis wood [J] Wood Preserv, 2006, 32(1): 7-12 41 PHUONG L X, TAKAYAMA M, SHIDA S, et al Determination of the accessible hydroxyl groups in heat-treated Styrax tonkinensis (Pierre) Craib ex Hartwich wood by hydrogen-deuterium exchange and 2H NMR spectroscopy [J] Holzforschung, 2007, 61(5): 488-491 42 P Rezayati Charani¹*, J Mohammadi Rovshandeh², B Mohebby³, O Ramezani (2007), Influence of hydrothermal treatment on the dimensional stability of beech wood, Caspian J Env Sci 2007, Vol No.2 pp 125~131, The University of Guilan, Printed in I.R Iran 43 TUONG V M, LI J Effect of heat treatment on the change in color and dimensional stability of acacia hybrid wood [J] BioRes, 2010 44 TUONG V M, LI J Changes caused by heat treatment in chemical composition and some physical properties of acacia hybrid sapwood [J] Holzforschung, 2011, 65(1): 67-72 45 YILDIZ S, GEZER E D, YILDIZ U C Mechanical and chemical behavior of spruce wood modified by heat [J] Building and Environment, 2006, 41(12): 1762-1766 ... nhiệt gỗ Keo tai tượng 1.5 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu số đặc điểm cấu tạo, tính chất gỗ Keo tai tượng; - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian xử lý tới số tính chất vật lý gỗ Keo tai tượng: ... độ thời gian xử lý trước biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng tới số tính chất gỗ, tạo tiền đề cho việc xử lý nhiệt gỗ Keo tai tượng chế độ hợp lý nhất; - Sơ đề xuất chế độ xử lý trước biến tính nhiệt. .. THU HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ TRƯỚC BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ KEO TAI TƯỢNG (ACACIA MANGIUM) ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG Chuyên ngành: KTM, TB & CN gỗ giấy Mã số: 60540301