Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng cũng như mối tương quan của tham số xử lý nhiệt đến tính chất tre sau xử lý. Nghiên cứu này là có thể coi là nghiên cứu cơ bản về phương pháp xử lý nhiệt cho tre dạng thanh nguyên để làm cơ sở lý luận thực hiện các bước nghiên cứu tiếp theo về phương pháp xử lý nhiệt cho tre dạng cán dập dùng để ghép khối. Mời các bạn cùng tham khảo!
Công nghiệp rừng ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ NHIỆT VÀ ĐỘ ẨM TRE ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT TRE NGỌT (Dendrocalamus latiflorus) Phạm Lê Hoa1, Cao Quốc An1 , Trần Văn Chứ1 Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Biến tính tre phương pháp xử lý nhiệt độ cao môi trường chân không với mục đích cải thiện số tính chất cho Tre (Dendrocalamus latiflorus) Nghiên cứu lựa chọn chế độ xử lý nhiệt cấp nhiệt độ 140oC, 160oC 180oC, với cấp thời gian 60 phút, 120 phút 180 phút cấp độ ẩm tre 15%, 20% 25% Nghiên cứu tiến hành xác định tính chất: khối lượng riêng, độ giãn nở xuyên tâm, độ bền uốn tĩnh, độ bền nén dọc Việc phân tích số liệu sử dụng phần mềm Design-Expert 11.0 để đánh giá ảnh hưởng, mối tương quan tham số xử lý đến tính chất tre sau xử lý Kết cho thấy: Khối lượng riêng giảm, giãn nở xuyên tâm giảm tăng nhiệt độ, thời gian xử lý giảm độ ẩm tre; Độ bền uốn độ bền nén dọc tăng nhẹ nhiệt độ thời gian xử lý tăng, giảm nhiệt độ vượt mức 160oC, thời gian vượt mức 120 phút độ ẩm 15%; Nhiệt độ cao (lớn 180oC), thời gian dài ( lớn 180 phút) độ ẩm tre thấp (dưới 12%) làm cho độ bền uốn giảm rõ nét; Tham số xử lý nhiệt có ảnh hưởng rõ nét đến tính chất tre xử lý nhiệt Từ khoá: độ bền nén dọc, độ bền uốn, độ giãn nở xuyên tâm, khối lượng riêng, Tre (Dendrocalamus latiflorus), xử lý nhiệt ĐẶT VẤN ĐỀ Tre ngọt, tre Bát độ (Dendrocalamus latiflorus) loài phát triển nhanh họ tre trúc Thân tre có nhiều ứng dụng làm vật liệu xây dựng, đồ nội thất, ván sàn, trụ chống, đan lát, đồ thủ công mỹ nghệ, nguyên liệu giấy (Cao Quốc An Phạm Văn Chương, 2007)… Tuy nhiên, thân tre có số nhược điểm chất ưa nước, dễ trương nở, không ổn định kích thước khả chống vi sinh vật, nấm mốc Do đó, tuổi thọ không cao (CH Lee et al., 2018) Thành phần chủ yếu tre bao gồm tế bào nhu mơ bó mạch, tạo thành từ sợi celluloses định hướng theo chiều dọc nằm ma trận vơ định hình hemicelluloses lignin (Patrick G Dixon and Lorna J Gibson, 2014) Thành phần tre có nhóm hydroxyl cấu tạo có cấu trúc lỗ phân cấp làm tre dễ dàng hấp thụ nước từ môi trường xung quanh Khi tiếp xúc với mơi trường có độ ẩm cao, thay đổi độ ẩm thành tế bào dẫn đến co rút, dãn nở dẫn đến tượng nứt, cong vênh, giảm cường độ học Do vậy, cần có biện pháp để làm giảm nhược điểm nêu nâng cao tính chất, giá trị nguyên liệu tre (He Zhao et al., 2015) Hiện nay, số phương pháp xử lý acetyl hóa, hóa học xử lý nhiệt áp dụng So với phương pháp khác, xử lý nhiệt cho tre, gỗ phương pháp bảo vệ tre, gỗ thân thiện với môi trường, giúp cho sản phẩm tre, gỗ có giá trị gia tăng (Hong Yun et al., 2016) Công nghệ xử lý nhiệt (Thermo treatment) công nghệ dựa kết hợp nhiệt độ nước (hồn tồn khơng có hóa chất) Thơng qua xử lý nhiệt, khả chống vi sinh vật, độ ổn định kích thước khả chống chịu thời tiết vật liệu nâng cao (Cong Trung Nguyen et al., 2012; Martina Bremer et al., 2013) Các cơng trình nghiên cứu tiêu biểu xử lý nhiệt tre kể đến: Razak cộng (2005), nghiên cứu ảnh hưởng xử lý nhiệt sử dụng dầu cọ đến đặc tính độ bền tre Semantan (Gigantochloa scortechinii), kết kiểm tra cho thấy tre tươi khô làm khô đến độ ẩm 6-7% vịng 2-3 gia nhiệt Tính chất khả chống hút nước độ ổn định kích thước tre cải thiện nhờ tác dụng nhiệt; Zhao cộng (2010), nghiên cứu ảnh hưởng xử lý nước nhiều điều kiện khác đến tính chất uốn tre Moso Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ (120, 160 200oC) thời gian TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 139 Công nghiệp rừng (15 30 phút) xử lý nước đến đặc tính học hóa học tre Moso, kết cho thấy nhiệt độ thời gian ảnh hưởng đến tính chất uốn tre Sự giảm đáng kể độ bền uốn (MOR) xảy sau mẫu tre xử lý nhiệt độ 200oC; Phan Thanh Giàu (2012), nghiên cứu biện pháp xử lý nâng cao chất lượng nguyên liệu tre phương pháp nhiệt dầu Tác giả sử dụng dầu lạc (dầu phộng) dầu diesel để biến tính nhiệt cho tre, tre ngâm dầu nhiệt độ: 130, 150, 170 190oC với mức thời gian 20, 40, 60 phút, kết cho thấy chế độ 190oC, thời gian 60 phút, tác giả khẳng định kéo dài thời gian xử lý tăng nhiệt độ làm cho độ bền học giảm nâng cao khả chống hút nước khả chống vi sinh vật Bài biết trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng mối tương quan tham số xử lý nhiệt đến tính chất tre sau xử lý Nghiên cứu coi nghiên cứu phương pháp xử lý nhiệt cho tre dạng nguyên để làm sở lý luận thực bước nghiên cứu phương pháp xử lý nhiệt cho tre dạng cán dập dùng để ghép khối Đồng thời kết dùng để so sánh kiểm chứng kết đạt so với kết nghiên cứu phương pháp xử lý tre dạng cán dập dùng để ghép khối PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu thiết bị Vật liệu: Tre (Dendrocalamus latiflorus) khai thác Tân Lạc- Hịa Bình; Độ tuổi khai thác năm; Khối lượng riêng 0,62 g/cm3; Chiều cao 7- 10 m; Đường kính thân trung bình 9-12 cm Thiết bị: Thiết bị xử lý nhiệt Sumpot (hình 1), có thơng số đặc tính chủ yếu: Nhiệt độ lớn 230oC, gia nhiệt điện; Kích thước khoang chứa: đường kính 600 mm, chiều dài khoang 1300 mm; Áp suất chân không tối đa -0,1 Bar; Địa điểm đặt máy: Trung tâm Thí nghiệm Phát triển Công nghệ, Viện Công nghiệp gỗ Nội thất (Trường Đại học Lâm nghiệp) Hình Thiết bị xử lý nhiệt Sumpot 2.2 Phương pháp nghiên cứu a Lấy mẫu thí nghiệm Phương pháp lấy mẫu thực theo tiêu chuẩn GB/T 15780-1995 - Phương pháp xác định tính chất lý tre Vị trí lấy mẫu thân cây: không thấp 1,3 m so với mặt đất, chi tiết thể hình b Quá trình thực nghiệm Bước 1: Xử lý độ ẩm: Tre sau chẻ nan, loại bỏ cật xanh màng lụa bụng tre đem sấy cấp độ ẩm 12, 140 15, 20, 25 28%; sai số cho phép ±1%; Trong công đoạn sấy thường xuyên kiểm tra độ ẩm tre máy đo độ ẩm cầm tay FHM 20, trường hợp độ ẩm thấp độ ẩm yêu cầu mẫu bị loại bỏ để hồi ẩm môi trường tự nhiên Khi mẫu đạt độ ẩm yêu cầu chuyển sang thực bước Bước 2: Xử lý nhiệt: Quá trình xử lý nhiệt thực máy Sumpot, môi trường xử lý nhiệt môi trường chân không, thông số chế độ xử lý nhiệt thể bảng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Cơng nghiệp rừng Hình Vị trí cách thức lấy mẫu thí nghiệm Chế độ 17 14 20 12 18 16 15 13 19 11 10 Bảng Bảng thông số chế độ xử lý nhiệt cho tre Biến mã hóa Biến thực Nhiệt độ Thời gian A B C o ( C) (Phút) 160 120 0 160 120 0 +α 160 120 0 160 221 +α 180 180 +1 +1 -1 140 60 -1 -1 -1 140 60 -1 -1 +1 160 120 0 160 120 0 160 120 0 126 120 -α 0 160 120 0 -α 140 180 -1 +1 -1 180 60 +1 -1 -1 140 180 -1 +1 +1 180 60 -1 +1 180 180 +1 +1 +1 160 120 0 160 19 -α 194 120 +α 0 Bước 3: Ổn định kiểm tra: Tre sau xử lý nhiệt chuyển sang khu vực ổn định nhiệt, ẩm điều kiện môi trường tự nhiên Nhiệt độ 20±3oC, độ ẩm tương đối 65±5%, thời gian ngày Sau đưa kiểm tra tính chất tre sau xử lý nhiệt Độ ẩm (%) 20 28 20 20 15 15 25 20 20 20 20 12 15 15 25 25 25 20 20 20 c Phương pháp xác định đặc tính kỹ thuật tre xử lý nhiệt Kiểm tra khối lượng riêng ( ) - Tiêu chuẩn kiểm tra: GB/T15780-1995 Trung Quốc xác định tính chất lý tre TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 141 Công nghiệp rừng - Mẫu tre: Mẫu tre có hình dạng hình hộp chữ nhật với kích thước 20 x t x 20, mm Số lượng mẫu: 15 mẫu/chế độ - Cách tiến hành: Để mẫu gỗ ổn định buồng dưỡng mẫu (Jeiotech TH-G180) điều chỉnh nhiệt độ 20 oC, độ ẩm tương đối 65%, thời gian để ổn định 20 ngày Tiến hành cân mẫu để kiểm tra mẫu gỗ có khối lượng khơng đổi chênh lệch không 0,01g sau lần cân liên tiếp; Đo kích thước mẫu gỗ độ ẩm thăng để tính Vtb (cm3); Sấy mẫu gỗ đến trạng thái khơ kiệt, cân mẫu khối lượng mtb (g) - Tính khối lượng riêng theo công thức: = , (1) Trong đó: - khối lượng riêng, g/cm3; mtb- khối lượng tre khơ kiệt, g; Vtb- thể tích tre độ ẩm thăng bằng, cm3 Kiểm tra độ giãn nở chiều xuyên tâm - Tiêu chuẩn kiểm tra: GB/T15780-1995 Trung Quốc xác định tính chất lý Tre - Mẫu tre: Mẫu tre có hình dạng hình hộp chữ nhật với kích thước 20 x t x 20, mm Số lượng mẫu: 15 mẫu/chế độ - Cách tiến hành: Sấy mẫu thử nhiệt độ (103 ± 2)oC đến kích thước khơng đổi Sau h kể từ lúc bắt đầu sấy, tiến hành kiểm tra 2h lần thay đổi kích thước hai ba mẫu thử phép đo lặp lại hướng tương ứng Ngừng sấy mẫu chênh lệch kết hai phép đo liên tiếp không vượt 0,02 mm Làm nguội mẫu đến nhiệt độ phịng bình kín khí có chứa chất hút ẩm Đo kích thước mẫu thử, xác đến 0,01 mm điểm bề mặt xuyên tâm Điều hòa mẫu thử đến độ ẩm cân với độ ẩm môi trường tự nhiên (độ ẩm tương đối 65 ± 5%; nhiệt độ 20 ± C Cứ h sau ổn định mơi trường điều hịa, kiểm tra thay đổi kích thước cách đo lại hai ba mẫu thử theo quy định Ngừng điều hòa mẫu chênh lệch hai kết thử liên tiếp không vượt 0,02 mm Ngâm ngập mẫu nước cất sục nhiệt độ 20 ± 5oC, kích thước khơng thay đổi Cứ sau ngày, kiểm tra thay đổi kích thước mẫu thử hướng tương ứng Ngừng ngâm mẫu chênh lệch hai lần 142 đo liên tiếp không vượt 0,02 mm - Độ dãn nở xuyên tâm mẫu thử, Gn, tính theo phần trăm so với kích thước ban đầu, xác đến 0,1 %, theo cơng thức: = × 100 (%) (2) Trong đó: Gn - độ dãn nở xuyên tâm, %; t1- chiều xuyên tâm tương ứng mẫu sau sấy, mm; t2- kích thước mẫu thời điểm độ ẩm lớn điểm bão hòa, đo theo hướng xuyên tâm, mm Xác định độ bền uốn tĩnh (MOR) - Tiêu chuẩn kiểm tra: GB/T15780-1995 Trung Quốc xác định tính chất lý tre - Mẫu tre: Mẫu tre có hình dạng hình hộp chữ nhật với kích thước (xuyên tâm x tiếp tuyến x dài): t x 20 x 220, mm Số lượng mẫu: 15 mẫu/chế độ Khi thử đặt mẫu cho trụ sắt tác dụng lực tiếp xúc vào phía cật tre - Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp độ xác 0,01mm, - Máy thử tính chất QTEST25 - Cơng thức xác định độ bền uốn tĩnh: MOR = , MPa (3) Trong đó: Pmax - lực phá hoại mẫu, N; l khoảng cách gối, mm; w - Chiều tiếp tuyến, mm; t - chiều xuyên tâm, mm Xác định độ bền nén dọc thớ (σnd ) - Tiêu chuẩn kiểm tra: GB/T15780-1995 Trung Quốc xác định tính chất lý Tre - Mẫu tre: Mẫu tre có hình dạng hình hộp chữ nhật với kích thước (xun tâm x tiếp tuyến x dài): t x 20 x 20, mm 15 mẫu/chế độ - Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp độ xác 0,01mm - Máy thử tính chất học vật liệu: QTEST25 - Công thức xác định: = , MPa (4) Trong đó: P - lực phá hủy mẫu, N; a - chiề u xuyên tâm mẫu, mm; b - chiề u tiếp tuyến mẫu, mm c Phương pháp xử lý phân tích số liệu Mơ hình lập nên dựa phư ơng pháp quy hoạch thực nghiệm với phụ thuộc khối TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Công nghiệp rừng lượng riêng ( ), độ giãn nở xuyên tâm (Gn), độ bền uốn tĩnh (MOR), độ bền nén dọc (σnd) vào ba yếu tố nhiệt độ (A), thời gian xử lý (B) độ ẩm tre (C) mã hóa Bảng Tính tốn độ tin cậy số liệu, phân tích ANOVA, tìm phương trình hồi quy phần mềm xử lý quy hoạch thực nghiệm Design-Expert 11.0 Các yếu tố lựa chọn là: Khối lượng riêng (Y1), độ giãn nở xuyên tâm (Y2), độ bền uốn tĩnh MOR (Y3), độ bền nén dọc thớ (Y4) Số thí nghiệm thực N = 2k +2k + (N = 20 với k = 3) Trong đó, k số biến số độc lập 2k số thí nghiệm bổ sung điểm Khoảng cách từ tâm đến điểm α = 2k/4 (α = 1.681 với k = 3) Như vậy, nghiên cứu 20 thí nghiệm thực với số thí nghiệm quy hoạch tồn phần, thí nghiệm lặp lại tâm để đánh giá sai số thí nghiệm bổ sung điểm nằm cách vị trí tâm thực nghiệm khoảng α (Bảng 1) (WitekKrowiak et al., 2014) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phần mềm Design-Expert 11.0 để mơ hình hóa thí nghiệm phân tích kết thực nghiệm theo mơ hình Bảng kết thực nghiệm trình bày bảng Bảng Kết thực nghiệm kiểm tra tính chất tre sau xử lý Chế độ 17 14 20 12 18 16 15 13 19 11 10 Tham số xử lý Nhiệt độ Thời gian o C Phút 160 120 160 120 160 120 160 221 180 180 140 60 140 60 160 120 160 120 160 120 126 120 160 120 140 180 180 60 140 180 180 60 180 180 160 120 160 19 194 120 Đối chứng Độ ẩm % 20 28 20 20 15 15 25 20 20 20 20 12 15 15 25 25 25 20 20 20 3.1 Ảnh hưởng tham số xử lý đến khối lượng riêng Ảnh hưởng tham số xử lý nhiệt đến Khối lượng riêng (g/cm3) 0,57 0,58 0,57 0,54 0,54 0,59 0,61 0,57 0,57 0,57 0,60 0,55 0,57 0,56 0,59 0,58 0,56 0,57 0,59 0,55 0,62 Giãn nở xuyên tâm (%) 7,42 8,56 7,47 6,35 4,97 8,57 10,54 7,47 7,41 7,44 9,75 6,46 7,42 6,54 8,53 7,46 6,29 7,57 8,63 5,06 10,56 Độ bền uốn (MPa) 157,95 155,45 157,99 155,73 155,86 156,01 154,03 157,69 157,73 157,71 155,22 158,97 156,8 154,98 155,13 155,41 152,98 157,69 154,11 152,97 151,37 Độ bền nén dọc (MPa) 57,57 55,37 57,43 56,03 55,55 56,62 54,33 56,98 57,19 57,42 55,23 59,71 56,45 55,21 55,17 53,35 53,54 57,19 54,11 53,16 50,62 khối lượng riêng phân tích phù hợp bảng thể mối tương quan hàm số 5, đồ thị hình Bảng Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm Thơng số Thơng số Độ lệch chuẩn Giá trị 0,0048 R² Giá trị 0,9656 Giá trị trung bình 0,5715 R² hiệu chỉnh 0,9347 Hệ số biến thiên % 0,8367 R² dự đoán 0,7401 Độ xác phù hợp 21,5970 Phương trình tương quan: Y1 = 0,5698 - 0,0149A - 0,0120B + 0,0096C + 0,0032A2 - 0,0003B2 - 0,0003C2 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 (5) 143 Cơng nghiệp rừng Hình Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến khối lượng riêng Kết Bảng cho thấy: R² dự đoán 0,7401 phù hợp với R² điều chỉnh 0,9347; tức khác biệt nhỏ 0,2 Độ xác phù hợp đạt 21,59 cho thấy kết thích hợp; Từ đồ thị hình phương trình (5) nhận thấy: Mối quan hệ A, B, C quan hệ không ràng buộc, yếu tố đầu vào có ảnh hưởng độc lập Yếu tố nhiệt độ thời gian có ảnh hưởng mạnh yếu tố độ ẩm Theo bảng cho thấy khối lượng riêng tre giảm nhiệt độ xử lý, thời gian tăng độ ẩm tre giảm Chế độ có tham số xử lý nhiệt độ 140oC, thời gian 60 phút độ ẩm tre 25% cho kết khối lượng riêng cao nhất: 0,61 g/cm3; Chế độ có tham số xử lý nhiệt độ 180oC, thời gian 180 phút độ ẩm tre 15% cho khối lượng riêng thấp 0,54 g/cm3; Các chế độ xử lý cho kết thấp mẫu đối chứng (0,62 g/cm3); Nguyên nhân vật liệu tre xử lý nhiệt nhiệt độ cao, thời gian xử lý nhiệt kéo dài dẫn đến phản ứng suy thoái, cụ thể biến đổi thành phần cấu tạo nên cấu trúc tre: celluloses, hemicellulose lignin bị phân giải dẫn đến thay đổi cấu trúc tre, liên kết tre bị lỏng lẻo nhiệt độ cao thời gian dài Khi xử lý 140oC gây thay đổi nhỏ Những thay đổi đáng kể xảy cách biến tính 160oC thời gian 120 phút Ảnh hưởng nhiệt độ biến tính cao đáng kể so với ảnh hưởng thời gian biến tính Thay đổi quan trọng phân hủy nghiêm trọng hemicelluloses Một số thành phần phản ứng mạnh hình thành trình phân hủy Hàm lượng celluloses giảm nhẹ chuỗi celluloses ngắn lại Các chất chiết xuất bị thất thoát làm tổn hao khối lượng, nguyên nhân chủ yếu bay hợp chất dễ bay nước từ nhóm hydroxyl Điều hoàn toàn tương đồng với nghiên cứu Martina Bremer nghiên cứu xử lý nhiệt cho Bương Luồng (Martina Bremer et al., 2013) 3.2 Ảnh hưởng tham số công nghệ đến độ dãn nở xuyên tâm Ảnh hưởng tham số xử lý nhiệt đến độ dãn nở xuyên tâm phân tích phù hợp bảng thể mối tương quan hàm số 6, đồ thị hình Bảng Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm Thơng số Giá trị Thơng số Giá trị 0,1854 0,9905 Độ lệch chuẩn R² 7,50 0,9819 Giá trị trung bình R² hiệu chỉnh 2,47 0,9219 Hệ số biến thiên % R² dự đoán 40,5198 Độ xác phù hợp Phương trình tương quan: Y2 = 7,46 - 1,30A - 0,7128B + 0,6482C + 0,0525AB - 0,1050 AC - 0,0575BC - 0,056A2 + 0,0245B2 + 0,0316C2 (6) 144 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Cơng nghiệp rừng Hình Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến độ giãn nở xuyên tâm Kết bảng cho thấy: R² dự đoán 0,9219 phù hợp với R² điều chỉnh 0,9819, tức khác biệt nhỏ 0,2 Độ xác phù hợp đạt 40,52 cho thấy kết thích hợp; Theo đồ thị hình phương trình (6) nhận thấy: Mối quan hệ A, B, C quan hệ ràng buộc chặt chẽ Các tham số đầu vào có quan hệ chéo với Yếu tố nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh yếu tố thời gian độ ẩm Theo bảng cho thấy độ giãn nở xuyên tâm giảm nhiệt độ xử lý, thời gian tăng độ ẩm tre giảm Chế độ có tham số xử lý nhiệt độ 140oC, thời gian 60 phút độ ẩm tre 25% cho kết giãn nở xuyên tâm cao nhất: 10,54%; Chế độ có tham số xử lý nhiệt độ 180oC, thời gian 180 phút độ ẩm tre 15% cho kết độ giãn nở xuyên tâm thấp nhất: 4,97%; Sau xử lý nhiệt, tính hút nước tre giảm xuống, nguyên nhân chủ yếu thay đổi thành phần tre ảnh hưởng đến tính hút nước chúng, ngồi xử lý nhiệt làm giảm hàm lượng nhóm OH tre Theo Martina Bremer cộng (Martina Bremer et al., 2013), trình xử lý nhiệt, phân tử cấu trúc nên tre hình thành liên kết ngang dẫn đến tính đàn hồi khả dãn nở mixelcelluloses giảm xuống, dẫn đến khả hút nước chúng giảm xuống Trong trình xử lý nhiệt celluloses, đặc biệt polyuronic acid phát sinh phản ứng hóa học tạo hợp chất cao phân tử có tính hút ẩm kém, đồng thời nước liên kết vách tế bào chịu nhiệt độ cao thoát ra, làm cho khoảng cách phân tử celluloses vùng vô định hình nhỏ lại tạo thành liên kết hydro Khi khoảng cách phân tử celluloses vùng vô định hình thu nhỏ lại, lực Van der Waals’ nhóm -OH tăng lên, làm cho số lượng điểm liên kết hydro phân tử celluloses tăng lên Từ đó, làm cho tính định hướng phân tử celluloses tăng cường, nâng cao tính ổn định kích thước tre 3.3 Ảnh hưởng tham số công nghệ đến độ bền uốn tĩnh Ảnh hưởng tham số xử lý nhiệt đến độ bền uốn tĩnh phân tích phù hợp bảng thể mối tương quan hàm số (7), đồ thị hình Bảng Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm Thơng số Giá trị Thông số Giá trị 0,5508 0,9475 Độ lệch chuẩn R² 156,02 0,9002 Giá trị trung bình R² hiệu chỉnh 0,3531 0,5664 Hệ số biến thiên % R² dự đốn 13,8604 Độ xác phù hợp Phương trình tương quan: Y3 = 157,80 - 0,4777A + 0,2244B - 0,8801C - 0,4300AB + 0,1500 AC- 0,3750 BC - 0,133A2 0,1043B2 - 0,2302C2 (7) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 145 Công nghiệp rừng Hình Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến độ bền uốn Theo kết phân tích Bảng R² dự đoán 0,5664 phù hợp với R² điều chỉnh 0,9002 Độ xác phù hợp đạt 13,86 cho thấy kết thích hợp; Khi phân tích kết đồ thị hình phương trình (7) ta nhận thấy: Mối quan hệ A, B, C quan hệ ràng buộc chặt chẽ, tham số có quan hệ cộng hưởng với Yếu tố độ ẩm nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh yếu tố thời gian Theo bảng cho thấy, độ bền uốn tre tăng nhẹ nhiệt độ thời gian xử lý tăng, giảm nhiệt độ vượt mức 160oC thời gian vượt mức 120 phút, thời gian kéo dài; Nhiệt độ cao (lớn 180oC), thời gian dài (lớn 180 phút) độ ẩm tre thấp (dưới 15%) làm cho độ bền uốn giảm rõ nét Nguyên nhân chủ yếu nhiệt độ xử lý thấp 140oC, thành phần tre celluloses, lignin khơng thay đổi, thành phần hemicelluloses có xuống cấp nhẹ, ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh xử lý tre nhiệt độ 140oC, nói chung độ bền uốn tĩnh tre không thay đổi Khi tre xử lý từ 140oC trở lên đến 160oC, độ bền uốn tĩnh tre tăng dần Quá trình tăng bay nước, MOR tăng độ ẩm điểm bão hòa sợi giảm Trong dải nhiệt độ xử lý từ 160oC đến 180oC cho thấy, nhiệt độ xử lý cao, thời gian xử lý dài độ bền uốn tĩnh tre giảm Đặc biệt, nhiệt độ xử lý nhiệt cao 160oC, thành phần hóa học tre thay đổi đáng kể hemicelluloses, celluloses lignin bắt đầu phân hủy Trong tre hemicelluloses thành phần đóng vai trị liên kết, đồng thời có trọng lượng phân tử thấp cấu trúc phân nhánh suy thối diễn trước tiên Lingin xuống cấp làm cho hỗ trợ cường độ celluloses giảm, chất chiết xuất tre suy giảm dẫn đến độ bền uốn tĩnh tre giảm Nguyên nhân Martina Bremer et al (2013) Zhao et al (2015) chứng minh 3.4 Ảnh hưởng tham số công nghệ đến độ bền nén dọc Ảnh hưởng tham số xử lý nhiệt đến độ bền nén dọc phân tích phù hợp bảng thể mối tương quan hàm số (8), đồ thị hình Bảng Kết phân tích phù hợp mơ hình với thực nghiệm Thông số Giá trị Thông số 0,4610 Độ lệch chuẩn R² 55,88 Giá trị trung bình R² hiệu chỉnh 0,8250 Hệ số biến thiên % R² dự đốn Độ xác phù hợp Giá trị 0,9609 0,9258 0,7250 19,0023 Phương trình tương quan: Y4 = 57,31 - 0,6152A + 0,3243B - 1,08C - 0,0175AB - 0,0375 AC- 0,1075 BC - 1,20A2 0,8867B2 - 0,00134C2 (8) 146 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Cơng nghiệp rừng Hình Đồ thị thể giá trị thực tham số công nghệ ảnh hưởng đến độ bền nén dọc Theo kết phân tích bảng 6, R² dự đốn 0,7250 phù hợp hợp lý với R² điều chỉnh 0,9258, tức khác biệt nhỏ 0,2 Độ xác phù hợp đạt 19,00 cho thấy kết thích hợp; Theo đồ thị đồ thị hình phương trình (8) nhận thấy rằng: Mối quan hệ A, B, C quan hệ ràng buộc chặt chẽ, tham số có quan hệ cộng hưởng với Yếu tố nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh yếu tố thời gian độ ẩm Theo bảng cho thấy, độ bền nén dọc tre tăng nhẹ nhiệt độ, thời gian xử lý tăng đồng thời độ ẩm tre giảm, giảm nhiệt độ vượt mức 160oC thời gian vượt mức 120 phút, thời gian kéo dài; Nhiệt độ cao (lớn 180oC), thời gian dài (lớn 180 phút) độ ẩm tre thấp (dưới 15%) làm cho độ bền nén dọc giảm rõ nét Cũng giống độ bền uốn nguyên nhân chủ yếu dẫn đến điều xử lý nhiệt độ thấp 140oC, thành phần tre cellulose, lignin khơng thay đổi, thành phần hemicellulose có xuống cấp nhẹ, ảnh hưởng đến độ bền nén dọc xử lý tre nhiệt độ 140oC, nói chung độ bền nén dọc tre khơng thay đổi Khi tre xử lý từ 140oC trở lên đến 160oC, độ bền uốn tĩnh tre tăng dần Quá trình tăng bay nước, độ bền nén dọc tăng độ ẩm điểm bão hòa sợi giảm Trong dải nhiệt độ xử lý từ 160oC đến 180oC cho thấy, nhiệt độ xử lý cao, thời gian xử lý dài độ bền nén dọc tre giảm Đặc biệt, nhiệt độ xử lý nhiệt cao 160oC, thành phần hóa học tre thay đổi đáng kể hemicelluloses, celluloses lignin bắt đầu phân hủy Trong tre hemicelluloses thành phần đóng vai trị liên kết, đồng thời có trọng lượng phân tử thấp cấu trúc phân nhánh suy thối diễn trước tiên Lingin xuống cấp làm cho hỗ trợ cường độ celluloses giảm, chất chiết xuất tre suy giảm dẫn đến độ bền nén dọc tre giảm Trong trình xử lý nhiệt, phân tử celluloses tạo liên kết hydro Với tăng dần nhiệt độ độ ẩm, phản ứng nhiệt giải celluloses chiếm vị trí chủ đạo, tốc độ phân giải lớn nhiều so với tốc độ hình thành liên kết hydro Phản ứng nhiệt giải cắt đứt phân tử celluloses, làm cho độ tụ hợp hay phân tử lượng celluloses giảm xuống rõ rệt, từ làm giảm độ bền nén Nguyên nhân nghiên cứu Hong Yun et al (2016) RJ Zhao et al (2010) chứng minh KẾT LUẬN - Nhiệt độ, thời gian xử lý nhiệt độ ẩm tre có ảnh hưởng rõ nét đến khối lượng riêng, độ giãn nở xuyên tâm, độ bền uốn độ bền nén dọc tre Cụ thể: Khối lượng riêng độ giãn nở xuyên tâm giảm tăng nhiệt độ, tăng thời gian xử lý giảm độ ẩm tre; Độ bền uốn độ bền nén dọc tăng nhẹ nhiệt độ thời gian xử lý tăng - Khi nhiệt độ xử lý cao 160oC, thời gian dài 120 phút độ ẩm 15% độ bền uốn độ bền nén dọc có xu hướng giảm nhẹ; Khi nhiệt độ cao 180 oC thời gian xử lý dài 180 phút độ ẩm 12% độ bền uốn độ bền nén dọc có xu hướng giảm mạnh - Mối tương quan nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý độ ẩm tre với khối lượng riêng quan hệ độc lập, biến số đầu vào khơng có ràng buộc chéo với nhau; Mối tương quan nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý với độ ẩm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 147 Công nghiệp rừng tre với độ giãn nở xuyên tâm, độ bền uốn, độ bền nén dọc mối quan hệ tương quan chặt chẽ, biến số đầu vào có quan hệ cộng hưởng chéo với TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Quốc An Phạm Văn Chương (2007), Nghiên cứu tính sản xuất bột giấy từ tre Việt Nam, Tạp chí NN PTNT, 17: 73-77 Phan Thanh Giàu (2012), Nghiên cứu biện pháp xử lý nâng cao chất lượng nguyên liệu tre, Luận văn thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng Martina Bremer, S Fischer, T C Nguyen, A Wagenführ, L X Phuong and V H Dai (2013), Effects of thermal modification on the properties of two Vietnamese bamboo species Part II: Effects on chemical composition, BioResources, 8(1): 981-993 Patrick G Dixon and Lorna J Gibson (2014), The structure and mechanics of Moso bamboo material, Journal of the Royal Society Interface, 11(99): 03-21 CH Lee, TH Yang, YW Cheng and CJ Lee (2018), Effects of thermal modification on the surface and chemical properties of moso bamboo, ConstructionBuilding Materials, 178: 59-71 Cong Trung Nguyen, Andre Wagenführ, Le Xuan Phuong, Vu Huy Dai, Martina Bremer and Steffen Fischer (2012), The effects of thermal modification on the properties of two Vietnamese bamboo species, Part I: effects on physical properties, BioResources, 7(4): 5355-5366 W Razak, A Mohamad, HW Samsi and O Sulaiman (2005), Effect of heat treatment using palm oil on properties and durability of Semantan bamboo, Journal of Bamboo Rattan, 4(3): 211-220 A Witek-Krowiak, K Chojnacka, D Podstawczyk, Anna Dawiec and Karol Pokomeda (2014), Application of response surface methodology and artificial neural network methods in modelling and optimization of biosorption process, Bioresource technology, 160: 150-160 Hong Yun, Kaifu Li, Dengyun Tu and Chuanshuang Hu (2016), Effect of heat treatment on bamboo fiber morphology crystallinity and mechanical properties, Wood Res-Slovakia, 61: 227-233 10 He Zhao, Kang-ping Lu and Jin-guo Lin (2015), Effect on Properties of Phyllostachys Heterocycla Cv Pubescens by Heat Treatment with Oil Medium, Forestry Machinery Woodworking Equipment, pp 12 11 RJ Zhao, ZH Jiang, CY Hse and TF Shupe (2010), Effects of steam treatment on bending properties and chemical composition of moso bamboo (Phyllostachys pubescens), Journal of Tropical Forest Science, pp 197-201 EFFECTS OF TEMPERATURE, TREATMENT TIME AND BAMBOO MOISTURE TO SOME BASIC PROPERTIES OF NGOT BAMBOO (Dendrocalamus latiflorus) Pham Le Hoa1, Cao Quoc An1, Tran Van Chu1 Vietnam National University of Forestry SUMMARY Modification of bamboo by high temperature vacuum treatment with the aim of improving some of the basic properties of ngot Bamboo (Dendrocalamus latiflorus) Study to select heat treatment mode at temperature levels 140oC, 160oC and 180oC, with levels of time 60 minutes, 120 minutes and 180 minutes and levels of bamboo moisture: 15%, 20% and 25% Research has been conducted to determine the properties: density, radial expansion, static flexural strength, and longitudinal compressive strength Data were analyzed using Design-Expert 11.0 software to evaluate the effect and correlation between treatment parameters on bamboo properties after treatment The results showed that: Density, radial expansion decreased with increasing temperature, processing time and decreasing bamboo moisture; Flexural strength and longitudinal compressive strength increase slightly as temperature and processing time increase but will decrease when the temperature exceeds 160°C, time exceeds 120 minutes and humidity is below 15%; High temperature (greater than 180oC), long time (more than 180 minutes) and low humidity of bamboo (less than 12%) will make the flexural strength decrease clearly; The heat treatment parameters have a clear influence on the properties of the heat treated bamboo Keywords: density, flexural strength, heat treatment, longitudinal compressive strength, Ngot Bamboo, radial expansion Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng 148 : 06/02/2021 : 02/3/2021 : 11/3/2021 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 ... tăng nhiệt độ, tăng thời gian xử lý giảm độ ẩm tre; Độ bền uốn độ bền nén dọc tăng nhẹ nhiệt độ thời gian xử lý tăng - Khi nhiệt độ xử lý cao 160oC, thời gian dài 120 phút độ ẩm 15% độ bền uốn độ. .. tố nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh yếu tố thời gian độ ẩm Theo bảng cho thấy, độ bền nén dọc tre tăng nhẹ nhiệt độ, thời gian xử lý tăng đồng thời độ ẩm tre giảm, giảm nhiệt độ vượt mức 160oC thời gian. .. nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh yếu tố thời gian độ ẩm Theo bảng cho thấy độ giãn nở xuyên tâm giảm nhiệt độ xử lý, thời gian tăng độ ẩm tre giảm Chế độ có tham số xử lý nhiệt độ 140oC, thời gian 60