Trong những năm gần đây, công nghệ biến tính gỗ theo các xu hƣớng khác nhau nhƣ nâng cao khối lƣợng thể tích, tính chất cơ vật lý, ổn định kích thƣớc gỗ đã đƣợc nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu. Đặc biệt các công trình nghiên cứu của trƣờng Đại học Lâm nghiệp và Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam.
Lê Xuân Phƣơng (2007), ―Ảnh hƣởng của x lý nhiệt đến độ bền của gỗ Bồ đề‖. Tác giả đã đánh giá ảnh hƣởng của x lý nhiệt (trong điều kiện khí trơ (khí Nitơ)) đến độ bền tự nhiên của gỗ Bồ đề. Kết quả cho thấy khả năng chống nấm mục (mục trắng và mục nâu) đƣợc tăng lên đáng kể (tổn hao khối lƣợng dƣới 5% sau 12 tuần th theo tiêu chuẩn Nhật bản JIS K 1571:2004) khi x lý ở nhiệt độ 2000C trong 8 giờ, hiệu quả kháng mối không tăng nhƣng tỷ lệ mối thợ chết khá cao (trên 80%) làm mất cân bằng tỷ lệ các loại mối trong tổ. Ngoài ra, độ kết tinh cellulose tăng (chỉ số kết tinh cao hơn và độ rộng tinh thể lớn hơn) cùng hàm lƣợng lignin trong gỗ tăng cũng khiến cho gỗ hút ẩm ít hơn. Kết quả phân tích phổ cộng hƣởng từ 2H-NMR cho thấy số lƣợng gốc OH tự do trong gỗ x lý nhiệt giảm sau khi x lý. Bên cạnh đó, x lý nhiệt cũng làm giảm độ bền uốn tĩnh của gỗ tới 40% và làm tăng độ dòn của gỗ lên 4 lần, hạn chế phạm vi s dụng chịu lực của gỗ x lý nhiệt [10].
Vũ Huy Đại (2008): đã nghiên cứu và xây dựng quy trình công nghệ x lý gỗ nhằm làm tăng độ bền tự nhiên của gỗ bằng Dimethylol dihydroxy ethylene
urea/DMDHEU với chất xúc là MgCl2 ở nhiệt độ 1300C cho gỗ Keo lai, Keo lá tràm, Keo tai tƣợng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi x lý gỗ bằng DMDHEU: khả năng ổn định kích thƣớc, độ bền cơ học, độ bền tự nhiên tăng (chóng tia t ngoại, chống mục…) và khả năng hút ẩm, khả năng trƣơng nở chiều dày giảm [4].
Trịnh Thị Hiền Mai (2009), ―Biến tính ván mỏng cho sản xuất ván dán ngoại thất‖. Tác giả đã nghiên cứu biến tính cho ván mỏng dùng làm sản xuất ván dán từ gỗ Sồi với 11 loại hóa chất với các nồng độ khác nhau thì một số tính chất nhƣ mô đun đàn hồi (MOE), cƣờng độ uốn (MOR) và độ cứng Brinell tăng so với ván chƣa đƣợc x lý. Ngoài ra, còn nâng cao khả năng ổn định kích thƣớc, khả năng chống thấm nƣớc trong môi trƣờng ẩm ƣớt và chống nấm mốc biến màu tăng lên so với mẫu ván mỏng đối chứng [8].
Đào Xuân Thu (2010), ―Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phƣơng pháp biến tính hóa học‖. Tác giả đã nghiên cứu thay đổi nồng độ PEG với các cấp nồng độ (N (%): 10; 15; 20; 25, 30), nhiệt độ (t (0C): 20; 30; 40; 50; 60) và thời gian ngâm gỗ (τ (giờ): 2; 4; 6; 8; 10). Tác giả đã xác định đƣợc mức độ ảnh hƣởng của nồng độ, thời gian và nhiệt độ đến một số tính chất cơ học, vật lý và đặc biệt là cơ chế biến tính cho gỗ Mỡ bằng hóa chất PEG-600 [12].
Vũ Mạnh Tƣờng (2011), ―Nghiên cứu và đánh giá công nghệ x lý nhiệt cho gỗ Keo lai rừng trồng Việt Nam‖. Đề tài đã tiến hành x lý nhiệt cho gỗ Keo lai trong môi trƣờng khí N2 với nhiệt độ x lý thay đổi trong khoảng 210-230 oC và thời gian x lý thay đổi trong 2-6h. Kết quả đề tài đã chỉ ra rằng, thời gian và nhiệt độ x lý có ảnh hƣởng rất rõ đến tính ổn định kích thƣớc, màu sắc và độ bền uốn tĩnh của gỗ Keo lai. Khi thời gian x lý và nhiệt độ tăng lên tính ổn định kích thƣớc gỗ Keo lai tăng lên từ 30-45 %, nhƣng độ bền uốn tĩnh lại giảm xuống khoảng 15-35 %. Ngoài ra đề tài đã áp dụng các phƣơng pháp phân tích hiện đại nhƣ: FTIR, XPS, XRD, NMR C13 để tiến hành phân tích cấu trúc hoá học của gỗ trƣớc và sau x lý. Kết quả phân tích cho thấy, thành phần gỗ sau khi x lý nhiệt có thay đổi rất rõ rệt, đặc biệt là hàm lƣợng nhóm hydroxyl tự do , hàm lƣợng tƣơng đối của hemixelulo giảm xuống, nhƣng độ kết tinh của xenlulo trong gỗ tăng lên [17].
Phạm Văn Chƣơng (2011), ―Ảnh hƣởng của công nghệ x lý thủy nhiệt đến tính chất vật lý của gỗ Keo lá tràm‖. Mẫu gỗ (20 × 20 × 25mm) đƣợc x lý theo hai giai đoạn. Tại giải đoạn đầu tiên, mẫu đƣợc x lý nhiệt trong ba nhiệt độ khác nhau (1300
C, 1500C và 1700C) trong khoảng thời gian ba khác nhau (2h, 4h và 6h). Tại giai đoạn hai, các mẫu đƣợc x lý nhiệt ở nhiệt độ (1300
C, 1500C và 1700C) trong 12 giờ. Kết quả cho thấy, nhiệt độ và thời gian x lý đã ảnh hƣởng rất rõ đến khối lƣợng thể tích, hiệu suất chống hút nƣớc và hệ số chống trƣơng nở của gỗ. Cụ thể, khối lƣợng thể tích của gỗ giảm xuống nhƣng tính ổn định kích thƣớc của gỗ đƣợc cải thiện thông qua kết quả phân tích tính hút nƣớc và tính trƣơng nở của gỗ [29].
Phạm Văn Chƣơng, Đỗ Vũ Thắng (2012), ―Ảnh hƣởng của x lý Mono Ammonium Phosphate (MAP) đến khả năng chậm cháy và một số tính chất cơ học của gỗ Bạch đàn (Eucalyptus urophylla)”. Gỗ Bạch đàn Urophylla 7 tuổi, khai thác tại Hòa Bình, Hóa chất MAP (NH4H2P04- mono ammonium phosphate 98%), Nồng độ MAP (10%, 15% và 20%), Thời gian tẩm MAP (30phút, 60 phút, 90 phút). Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ dung dịch MAP tăng từ 10 - 20% và thời gian x lý tăng từ 30 - 90 phút; tổn thất khối lƣợng gỗ do cháy giảm từ 5,76 - 2,08 %; tuy nhiên độ bền nén dọc thớ, độ bền uốn tĩnh và khả năng dán dính keo của gỗ giảm [3].
Nguy n Thanh Tùng (2012), ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của việc x lý chất chậm cháy MAP (Mono Ammonium Phosphate) đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ Bạch đàn (Eucalytus urophylla) đã x lý ổn định kích thƣớc ‖. Gỗ Bạch đàn đã đƣợc x lý thủy – nhiệt sau đó đƣợc tẩm hóa chất chậm cháy MAP, kết quả cho thấy gỗ sau khi x lý chậm cháy với nồng độ MPA tăng (4, 8, 12, 16 và 20%; thời gian chân không là t = 30 phút, thời gian duy trì áp lực tẩm là 60 phút; áp suất: Pchân không = -0.1 MPa ; Páp lực = 0,7 Mpa) thì tăng khả năng chậm cháy. Tuy nhiên, các tính chất cơ học, vật lý và độ bền kéo trƣợt màng keo giảm [18].
Trần Văn Chứ (2013) ― Nâng cao sự ổn định kích thƣớc của gỗ Keo tai tƣợng bằng phƣơng pháp x lý nhiệt‖, nghiên cứu chỉ ra rằng với nhiệt độ 1700
C, 1800C, 1900C, 2000C, 2100C trong thời gian 2, 4, 6, 8 và 10 giờ. Cho ta kết quả là hiệu suất chống hút nƣớc (WRE) tăng từ 8-18%, hệ số chống trƣơng nở (ASE) tăng từ 15-46% và tổn thất khối lƣợng (ML) giảm hơn 12%. Tác giả đã cho ta thấy sự ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian x lý nhiệt không khí thƣờng thông qua việc khi tăng nhiệt độ và
thời gian x lý nhiệt sẽ nâng cao đƣợc tính ổn định kích thƣớc của gỗ. Tuy nhiên, tổn thất khối lƣợng của gỗ x lý tăng [30].
Nguy n Trung Hiếu (2014), ―Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt gỗ Keo tai tƣợng (Acacia mangium Willd)‖. Trong luận án tiến sĩ này, tác giả dùng phƣơng pháp x lý nhiệt trong môi trƣờng không khí thƣờng cho gỗ Keo tai tƣợng từ 9 đến 10 tuổi, khai thác tại tỉnh Hà Giang, kết quả nghiên cứu đã đánh giá đƣợc mức độ ảnh hƣởng của các thông số nhiệt độ và thời gian x lý đến tính chất cơ học, vật lý và hóa học của gỗ. X lý với thời gian (2, 4, 6, 8 và 10 giờ), nhiệt độ (1700
C, 1800C, 1900C, 2000C và 2100C) cho thấy tính chất cơ học, vật lý có xu hƣớng giảm theo sự gia tăng của nhiệt độ và thời gian: uốn tĩnh (MOR) giảm 20-25%, mô đun đàn hồi (MOE) giảm: 14-16%, độ bền nén dọc thớ tăng (COM//):20-25%, Nâng cao tính ổn định kích thƣớc: hệ số chống trƣơng nở (ASE) tăng từ 45-50%, hiệu suất chống hút nƣớc (WRE) tăng 20%. Giảm khả năng dán dính của gỗ: độ bền kéo trƣợt màng keo giảm 25%. Kết quả quan sát kính hiển vi điện t quét (SEM): thành phần gỗ bị ảnh hƣởng, đặc biệt là gỗ thông ngang trên vách tế bào mạch gỗ, phân tích (FTIR và XPS) đã tìm ra đƣợc sự thay đổi cấu trúc hóa học gỗ Keo tai tƣợng và phân tích nhi u xạ tia X (XRD) cho thấy độ kết tinh của xenlulo trong gỗ khi nhiệt độ tăng lên [6].
Nguy n Quang Trung (2005-2008), ―Nghiên cứu s dụng gỗ Bạch đàn đỏ (E.urophylla) để sản xuất gỗ xẻ làm đồ mộc‖. Đề tài đã đề xuất các giải pháp kỹ thuật trong quá trình sản xuất gỗ xẻ làm nguyên liệu đóng đồ mộc từ gỗ tròn. Kết quả nghiên cứu cho thấy để đáp ứng các yêu cầu về tỷ lệ thành khí và hiệu quả s dụng, rừng trồng Bạch đàn urophylla cung cấp nguyên liệu làm gỗ xẻ phải có cấp tuổi tối thiểu trên 11 tuổi, ở tuổi 7 năm có thể s dụng những khúc có đƣờng kính trên 15cm nhƣng hiệu quả s dụng gỗ rất thấp. Với các khúc gỗ có đƣờng kính trên 30cm có thể áp dụng sở đồ xẻ xuyên tâm, các khúc có đƣờng kính đầu nhỏ từ 20cm đến 30cm nên áp dụng sở đồ xẻ xoay với 2 mạch xẻ song song đầu tiên tạo hộp gỗ xẻ có chiều dày bằng 2/3 đƣờng kính [16].
Dự án FST 2008/039 (2013), ―Tăng cƣờng sản xuất ván mỏng từ gỗ Keo và Bạch đàn ở Việt Nam và Australia‖. Báo cáo đánh giá tiềm năng gỗ Keo, Bạch đàn ở Việt Nam, trong đặt vấn đề thì hiện nay chúng đang đƣợc s dụng chủ yếu để sản xuất bột gỗ làm giấy có giá trị thấp. Keo và Bạch đàn từ các khu rừng tự nhiên ở Úc từ lâu
đã đƣợc s dụng để sản xuất ván mỏng đặc biệt, tuy nhiên việc trồng Keo và Bạch đàn cho mục đích sản xuất này vẫn còn trong giai đoạn sơ khai. Mục đích của dự án là thúc đẩy cao hơn giá trị s dụng của gỗ Keo và Bạch đàn ở Việt Nam bằng cách tối ƣu hóa sản xuất ván mỏng từ nguồn tài nguyên này [15].
1.3. Đánh giá ƣu nhƣợc iểm của các phƣơng pháp biến tính gỗ v phân tích ánh giá công nghệ về xử lý nhiệt
1.3.1. Ưu nhược điểm của các phương pháp biến tính gỗ
Nhƣ đã trình bày ở phần trƣớc các phƣơng pháp biến tính gỗ hiện nay trong nƣớc và trên thế giới vẫn cơ bản dùng các phƣơng pháp hóa học, vật lý và cơ học. Ngoài ra, còn kết hợp giữa học học và vật lý, hóa cơ và hóa lý, mỗi một phƣơng pháp đều có ƣu nhƣợc điểm riêng và với các mục đích s dụng sản phẩm khác nhau. Tuy nhiên, các phƣơng pháp cùng chung mục đích đó là: nâng cao chất lƣợng gỗ, đa dạng hóa loại hình sản phẩm, nâng cao khả năng s dụng và tận dụng hiệu quả nguyên liệu rừng trồng và phát triển bền vững nguồn nguyên liệu này.
Đối với phƣơng pháp s dụng hóa học, các nhà khoa học dùng các thiết bị để đƣa hóa chất vào trong ruột và vách tế bào gỗ làm giảm các nhóm -OH và điền đầy khoảng trống trong ruột và vách tế bào gỗ làm cho gỗ giảm khả năng hút nhả ẩm, tăng khả năng ổn định kích thƣớc, kết cấu trong gỗ vững chắc hơn thế nên gỗ có thể tăng tính chất cơ học. Ngoài ra, các chất s dụng có thể phản ứng với các thành phần trong gỗ tạo thành chất mới nâng cao đƣợc chất lƣợng gỗ, đó là những ƣu điểm lớn của phƣơng pháp biến tính hóa học. Nhƣng nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là hóa chất làm cho giá thành sản phẩm biến tính cao, sau khi biến tính sẽ thải ra môi trƣờng làm ô nhi m nên cần có thiết bị x lý môi trƣờng.
Đối với phƣơng pháp hóa lý, hóa cơ ƣu điểm lớn là làm cho hóa chất đi vào trong gỗ tốt hơn, chất lƣợng gỗ đƣợc cải thiệt nhƣ ổn định kích thƣớc, tăng khối lƣợng thể tích và tính chất cơ học vật lý ở các tính chất khác nhau. Còn nhƣợc điểm cũng giống nhƣ đối với phƣơng pháp hóa học.
Đối với phƣơng pháp s dụng vật lý nhƣ x lý nhiệt và thủy – nhiệt thì nhƣợc điểm lớn là tính chất cơ học vật lý giảm, chính nhƣợc điểm này mà các nhà chế biến gỗ lại ứng dụng sản phẩm x lý để tạo các sản phẩm mộc nhƣ khung khuôn c a, vách
ngăn và các sản phẩm ngoài trời nhƣ hàng rào, ốp tƣờng, nói chung là những sản phẩm không yêu câu tính chịu lực cao. Ƣu điểm lớn của sản phẩm này là tăng tính ổn định kích thƣớc, tăng khả năng chống vi sinh vật, có thể thay đổi màu sắc đậm nhạt so với gỗ chƣa x lý, giảm độ ẩm thăng bằng thớ gỗ và giảm khả năng hút ẩm và hút nƣớc, công nghệ và thiết bị không quá phức tạp. Đặc biệt, phƣơng pháp nay không gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng góp phần bảo vệ môi trƣờng và biến đổi khí hậu ngày nay.
Từ một số kết quả nghiên cứu, x lý nhiệt và thủy - nhiệt cho gỗ trong khoảng 160-260oC, trong môi trƣờng có vật chất nhƣ hơi nƣớc, khí trơ, không khí ít ô xy…[42], thông qua giảm thiểu số lƣợng nhóm –OH trong thành phần của gỗ, đã giảm khả năng hút ẩm và nội ứng lực của gỗ, từ đó nâng cao tính ổn định kích thƣớc của gỗ [33],[50],[59],[62],[63]; đồng thời trong quá trình x lý nhiệt, thành phần của gỗ phát sinh hàng loạt các phản ứng hóa học phức tạp, làm biến đổi một số thành phần của gỗ, giảm chất dinh dƣỡng cho sự sinh tồn của nấm và côn trùng hại gỗ, ngăn cản sự sinh trƣởng và phát triển của nấm và côn trùng hại gỗ qua việc cắt đứt chuỗi thức ăn, vì vậy có thể nâng cao khả năng chống vi sinh vật phá hoại [26],[50],[58]. Phƣơng pháp này chỉ s dụng tác nhân vật lý, so với các phƣơng pháp dùng tác nhân hóa học khác, vấn đề ô nhi m trong quá trình sản xuất bằng công nghệ x lý thủy - nhiệt ít, công nghệ x lý đơn giản, hơn nữa trong quá trình s dụng hiệu quả bảo quản của gỗ x lý thủy - nhiệt không bị suy giảm do hóa chất bị r a trôi hay bay hơi, cũng không làm hại đến sức khỏe của con ngƣời.
Qua quá trình tìm hiểu, phân tích và đánh giá kết của các phƣơng pháp x lý nhiệt cho gỗ nói chung và phƣơng pháp x lý thủy - nhiệt nói riêng, chúng tôi rút ra một số ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp x lý thủy - nhiệt cho gỗ nhƣ sau:
Ưu điểm: Tăng khả năng tính ổn định kích thƣớc cho gỗ x lý; Giảm khả năng hút ẩm và hút nƣớc của gỗ dƣới độ ẩm thăng bằng so với gỗ chƣa x lý; Màu sắc gỗ có màu nâu nhạt đến nâu, gần giống với màu sắc của một số loại gỗ quý. Ngoài ra còn có thể điều khiển đƣợc màu sắc gỗ (đậm, nhạt màu) thông qua chế độ x lý; An toàn và thân thiện với môi trƣờng; Cải thiện độ bền sinh học cho gỗ; Công nghệ x lý thủy - nhiệt đơn giản; Thiết bị x lý không quá phức tạp.
Nhược điểm: Trong quá trình x lý và kết thúc quá trình thì gỗ x lý d bị nứt, tách; Khối lƣợng thể tích gỗ x lý giảm so với gỗ chƣa qua x lý; Một số tính chất cơ học bị giảm so với gỗ chƣa x lý.
1.3.2. Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu về công nghệ về xử lý nhiệt
Thông qua các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc cho ta thấy, các kết quả nghiên cứu x lý nhiệt cho gỗ nói chung và x lý thủy - nhiệt nói riêng đã nghiên cứu đƣợc một số tính chất vật lý, cơ học cơ bản và một số thành phần hóa học cơ bản, ... S dụng Quy trình ThermoWood của Phần Lan các tác giả nhƣ Saila Jämsä và Pertti Viitaniemi đã s dụng công nghệ này để x lý nhiệt cho gỗ, s dụng hơi nƣớc trong môi trƣờng không khí; Quy trình Rectification và Le Bois Perdure của Pháp tác giả Michel Vernois trình bày phƣơng pháp x lý nhiệt cho gỗ trong môi trƣờng khí N2 có hàm lƣợng O2 dƣới 2%; Quy trình OHT-Oil Heat Treatment của Đức [21]; Quy trình