d. Tỷ lệ tăng thể tích (B) %
3.2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC GỖ BẰNG BIẾN TÍNH HĨA HỌC
BIẾN TÍNH HĨA HỌC
Sự co giãn của gỗ là do thay ñổi ñộ ẩm của gỗ gây nên, nó phát sinh ở dưới điểm bão hồ thớ gỗ mà ngun nhân là những nhóm chức (-OH) trong
khu vực phi kết dính của Cellulose liên kết với nước trong hấp thụ từ khơng khí đồng thời hình thành cầu nối hydroxyl. Phân tử nước làm cho khoảng cách giữa các phân tử trong gỗ tăng lên, gỗ thể hiện trạng thái giãn nở dẫn ñến kích thước khơng ổn định. Ngồi 3 cấu tử chính, các cấu tử khác cũng hút nước.
Khi gỗ được xử lý bằng hố học, tác nhân xâm nhập vào tế bào gỗ, sẽ tương tác với các thành phần hoá học của gỗ làm cho có sự thay đổi về liên kết, cấu trúc của gỗ có sự thay đổị Sự tác động của các tác nhân chủ yếu vào các liên kết ngang (cầu nối hydro) giữa các phân tử, phần lớn là liên kết Hydro giữa các phân tử Cellulosẹ
Ngun tắc xử lý ổn định hố kích thước của gỗ là dưới tiền đề duy trì những tính chất ưu việt vốn có của gỗ mà làm thay đổi sự hút ẩm và những tính năng co dãn của nó. Sự co giãn của gỗ là do sự thay ñổi ñộ ẩm của gỗ mà gây nên, nó phát sinh ở dưới điểm bão hồ thớ gỗ mà căn ngun của nó là những nhóm OH trong khu vực phi kết dính của Cellulose hấp phụ hơi nước trong khơng khí, hình thành cầu nối với phân tử nước. Cả 3 cấu tử của gỗ cellulose, hemicellulose và lignin cùng các thành phần khác ñều hút nước, nhưng hemicellulose hút nước mạnh hơn cả, tiếp đó là Lignin cuối cùng là Cellulosẹ Do đó xử lý ổn định hố kích thước gỗ với tiền đề là khơng làm phá hoại cấu tạo hồn chỉnh vách tế bào gỗ, nên phải tìm phương thức xử lý thích hợp. Có thể phân thành hai phương thức xử lý như sau:
(1) Xử lý chỉ nằm gọn trong khu vực phi kết tinh của Cellulose trong vách tế bàọ
(2) Không xử lý vách tế bào mà chỉ điền đầy, lắng đọng hố chất vào trong khoảng gian cách các tế bàọ
Hiroshi jnno (1993) Misato Norimoto và Joseph Grid, các nhà khoa học Nhật Bản đề ra mơ hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ được trình bày ở hình 3.1.
Căn cứ vào hình 3.1. giải thích mơ hình về cấu tạo như sau: A: Mặt cắt ngang của tế bào gỗ.
A-1: Tế bào gỗ chưa qua xử lý.
A-2: Vách tế bào gỗ chưa qua xử lý nhưng khoang bào ñã chứa các chất xử lý.
A-3: Vách tế bào chưa xử lý nhưng khoang bào ñã bị lấp ñầỵ A-4: Vách tế bào gỗ ñã ñược xử lý.
A-5: Không chỉ vách tế bào bị xử lý mà khoang bào cũng bị chất xử lý bao vâỵ
A-6: Khơng chỉ vách tế bào đã qua xử lý mà khoang bào ñã bị chất xử lý điền đầỵ
B: Mơ hình chuỗi của phân tử Cellulose của vùng phi kết tinh tế bào gỗ.
B-1: Chưa xử lý
ạ Là chuỗi Cellulose kế cận.
b. Biểu thị ñiểm hấp thụ trên chuỗi của phân tử.
c. Biểu thị phân tử nước ñã thấm vào và bị hút vào tại ñiểm b thành cầu nối làm cho cầu OH vốn có bị phá hoại .
Sự hút nước dẫn ñến 2 kết quả:
(1) Làm cho sự giãn nở giữa hai phân tử thể tích tăng lên, chuỗi phân tử a biến hố về phía b.
(2) Giữa các chuỗi phân tử a lực liên kết giảm, lúc này nếu chịu tác động của ngoại lực, ví như tại a xuất hiện ứng suất cắt chuỗi phân tử a trượt theo hướng c.
Hình 3.1: Mơ hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ
A: Mặt cắt ngang tế bào xử lý ổn định kích thước.
Hiệu quả vĩ mơ là: ban đầu do nước ngấm vào mà phát sinh trương nở theo hướng d, theo đó dẫn đến sự hút dẫn cơ giới theo hướng e, hai hiện tượng cơ bản này phát sinh tại các phương hướng khác nhau, khơng có liên quan với nhau, mơ hình nói ở trên là sự biến 2 chiều của sự hút nước của ñại phân tử Cellulose trong khu vực không kết tinh dẫn ñến ñược biểu diễn qua không gian 2 chiều, trong thực tế thì nó phức tạp rất nhiều giữa hấp phụ và ứng suất cục bộ có quan hệ khơng gian 3 chiềụ
B-2: O biểu thị gốc OH:
O biểu thị vị trí thay thế gốc OH. Biểu diễn chuỗi phân tử a, do sau khi gốc OH thay thế dưới trạng thái sấy khơ hình thành sự giao chéo liên kết.
B-3: Biểu thị giữa chuỗi phân tử a do gốc OH bị thay thế vị trí, dưới trạng thái trương giãn hình thành sự giao chéo liên kết, vì đó mà khơ đị
B-4: Biểu thị tính thấm của nước của gốc hữu cơ dung tích lớn (chấm đen lớn) thay thế nhóm OH, khoảng cách giữa các phân tử trong chuỗi a tăng lên đồng thời hình thành sự liên kết giao nhaụ
B-5: Biểu thị tính thân nước của gốc hữu cơ dung tích lớn (chấm đen lớn kèm theo nhóm OH) thay thế nhóm OH, khoảng cách giữa phân tử trong chuỗi a tăng lên; phân tử nước dễ dàng thấm chung vàọ
B-6: Biểu thị tính thấm nước có gốc hữu cơ có dung tích lớn (chấm đen lớn) thay thế nhóm OH, khoảng cách giữa các phân tử trong chuỗi a tăng lên.
B-7: Biểu thị tính thân nước của gốc hữu cơ dung tích lớn (chấm đen lớn kèm theo nhóm OH) thay thế nhóm OH, khoảng cách giữa các phân tử trong chuỗi a tăng lên. Phân tử nước dễ dàng chui thấm vàọ
B-8: Biểu thị tính thân nước của gốc hữu cơ dung tích lớn (chấm đen lớn kèm thêm 2 nhóm OH) thâm nhập vào giữa chuỗi phân tử nhưng không thay thế nhóm OH, nhưng làm tăng thêm khoảng cách giữa các phân tử; Phân tử nước dễ dàng chui thấm vàọ
B-9: Biểu thị tính thân nước của gốc hữu cơ dung tích lớn (chấm ñen lớn) dẫn ñến chuỗi phân tử tuy khơng có sự thay thế nhóm OH nhưng làm tăng lên khoảng cách giữa các phân tử trong chuỗi phân tử.
Các phương pháp xử lý ổn định hố kích thước, về cơ bản có thể dùng tổ hợp mơ hình A và B. Nếu có tác động hoặc dùng tác nhân hố học nào đó xử lý gỗ sao cho có thể biến đổi cấu trúc hoặc thay thế nhóm hydroxyl thì gỗ sẽ ít hút nước, ít trương nở và độ mềm dẻo cao hơn, điều đó có lợi cho việc nâng cao chất lượng sản phẩm [31, tr 45].