d. Tỷ lệ tăng thể tích (B) %
3.4.2.Khả năng thấm hóa chất theo nguyên lý mao dẫn
Khi một vật rắn (gỗ) ñược nhúng vào một dung dịch thì nơi tiếp giáp giữa dung dịch, chất rắn và khơng khí sẽ tạo ra mặt cong do sức căng mặt ngồi của chất lỏng. Mức độ dính ướt của vật rắn tạo ra một góc làm ướt θ: nếu θ < 90o thì độ dính ướt thấp và tạo ra mặt cong lồi, nếu θ > 90o thì độ dính ướt cao hơn và tạo ra mặt cong lõm (hình 3.2). Theo đó, xuất hiện hai loại áp lực mao quản thuận, nghịch khác nhaụ
θ
1/ Áp lực mao quản thuận 2/ Áp lực mao quản nghịch
Hình 3.2. Mặt cong được hình thành khi dung dịch tiếp xúc với thành mao quản
Khi có áp lực mao quản thuận khả năng thấm hóa chất vào gỗ kém và ngược lạị Áp lực mao quản được xác định bằng cơng thức sau:
dcos cos
p= 2σ θ (N/m2) (3.5)
Trong đó: σ: hệ số sức căng bề mặt của chất lỏng (N/m) θ : góc làm ướt (độ)
d: đường kính mạch gỗ (m)
Nếu gỗ ñược dựng ñứng trong một dung dịch, áp lực mao quản sẽ hút dung dịch lên một chiều cao h được xác định theo cơng thức sau:
g r h ρ θ σcos 2 = (m) (3.6) Trong đó, ρ: tỷ trọng chất lỏng; g: gia tốc tự dọ
Vì gỗ có cấu tạo phức tạp nên 2 cơng thức trên 3.5 và 3.6 chỉ có ý nghĩa lý thuyết, ít được dùng để tính tốn trong thực tế. Mặt khác, trước khi ngâm trong dung dịch PEG-600, gỗ Mỡ có độ ẩm khoảng 80-90% nên động lực dẫn hóa chất vào trong gỗ tuân theo nguyên lý khuyếch tán, động lực mao dẫn có vai trị thứ yếụ
Việc nghiên cứu động học của q trình nâng cao cột chất lỏng trong mao mạch khơng phụ thuộc vào vật liệu đã ñược Ostwald ñề cập năm 1908; Ông kết luận rằng: khối lượng chất lỏng m, chuyển ñộng trong mao mạch là ñại lượng thay đổi:
Trong đó: r: bán kính mao mạch (m)
h: chiều cao cột chất lỏng trong mao mạch (m) ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
Lực tác ñộng lên cột chất lỏng trong mao mạch là tổng hợp của 3 thành phần:
ftñ = f1 + f2 + f3 (N) (3.8) Trong đó:
f1 : lực mao dẫn (f1 = 2Π . r . h. ρ . cosθ . б) (N)
f2 : lực trọng trường ñặt dọc mao mạch (f2 = - Π . r2 . h. g . sinα) (N) f3 : lực cản (f3 = - 8 . η .Π h2 (N)
θ: góc làm ướt
α: góc giữa trục dọc của mao mạch và bề mặt dung dịch б: hệ số sức căng mặt ngoài của chất lỏng
η: hệ số nhớt của chất lỏng
Từ cơng thức (3.8), độ nâng cao cột chất lỏng trong mao mạch khi các mao mạch ñặt trong chất lỏng theo phương nằm ngang ñược xác ñịnh:
τ η σ θ . . 2 . cos . r h= (m) (3.9)
Trong đó: τ: thời gian ñể chất lỏng nâng lên trong mao mạch.
Bán kính hiệu quả được biểu diễn là hàm của hệ số thấm Rhq = f (c). Mối quan hệ này cho phép ñánh giá ñịnh lượng bán kính hiệu quả bằng phương trình của Puazeil:
l p r Q . . 8 . 4 η π = (cm3/s) (3.10) Có thể xác định Rhq qua cơng thức:
4 . . . . 8 P l Q R π η∆ = (cm) (3.11) Trong đó: ∆Q: lưu lượng chất lỏng (cm3/s) l: chiều dài mẫu (cm)
p: ñộ hạ áp suất η: ñộ nhớt ñộng
Trong công thức (2.10), nhân cả tử số và mẫu số với ∆S và thay thế cơng thức tính hệ số thấm C, thì bán kính hiệu quả được xác định:
4 . . .. 8 π C S Rhq ∆ = (3.12) Và trong trường hợp ∆S = 1cm2 thì: 4 . ... 8 π C Rhq = (3.13) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với công thức (3.7) và (3.9) cho thấy lượng chất lỏng và chiều cao của cột chất lỏng trong các mao mạch tỉ lệ thuận với bán kính của mao mạch và thời gian ngâm.
Việc xác định các thơng số trên, sẽ gặp khó khăn do cấu trúc phức tạp, khơng đồng nhất của gỗ. Xác ñịnh ñộ lớn thực của các bán kính mao mạch cho dòng chất lỏng chảy qua là rất phức tạp, khó có khả năng thực hiện. Do vậy các cơng thức trên chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết, khó có thể áp dụng trong thực tế.
Các kết quả thực nghiệm về khả năng thấm thuốc của gỗ theo các chiều khác nhau (thể hiện bằng ñộ sâu thấm thuốc) ñã cho thấy, ñộ sâu thấm thuốc theo chiều dọc của thớ gỗ là lớn nhất, tiếp theo chiều xuyên tâm, nhỏ nhất là theo chiều tiếp tuyến. Xuất phát từ lý thuyết về mao dẫn cho thấy ñộ sâu thấm thuốc vào gỗ tỷ lệ thuận với đường kính mao mạch nên ñộ sâu thấm thuốc theo chiều dọc thớ là lớn nhất. Hệ thống mao mạch có kích thước lớn đó, nhất
là các ống mạch gỗ, ngồi ra cịn có hệ thống các mao mạch có kích thước rất nhỏ bao gồm khoảng không gian giữa các vách tế bào, giữa các mạch xeluloza cũng tham gia vào quá trình thấm mao dẫn.
Tiếp theo hướng tiếp tuyến rồi hướng xuyên tâm, dung dịch thuốc bảo quản thấm vào gỗ theo các hệ thống lỗ thơng ngang trên vách tế bào có kích thước rất nhỏ so với ống mạch gỗ. Chính vì vậy độ sâu thấm thuốc theo các hướng này rất kém. Tuy nhiên, ñộ sâu thấm thuốc bảo quản trong các ống mao dẫn cũng dừng lại tại một thời ñiểm nhất ñịnh của mao mạch. Theo tính tốn của Sergovsky, ở trong mao mạch có đường kính 3.10-3 cm, độ thấm sâu mao dẫn đạt ñược tối ña 80 cm [54]. Kết quả này cho thấy trong thực tế ngâm gỗ, nếu ngun liệu tẩm có độ dài lớn thì khả năng thấm thuốc theo chiều ngang thớ đóng vai trị quyết định.
Q trình mao dẫn cịn chịu ảnh hưởng rất lớn từ ñộ ẩm gỗ. Độ ẩm liên kết trong gỗ có tác dụng tích cực đến q trình mao dẫn. Sự có mặt của các nhóm hydroxyl trong vách tế bào là nguyên nhân về sự liên hệ của các phân tử xenluloza với các phân tử nước. Bởi vì phân tử xenluloza [+C6H702(OH)3- ]n là một phân tử có cực. Phân tử nước (H+ OH- ) cũng là một phân tử có cực. Do phân tử xenluloza có phân tử lượng lớn hơn rất nhiều so với phân tử nước nên phân tử xenluloza sẽ hút các phân tử nước lên trên bề mặt của nó tạo thành mối liên kết điện hố học. Một số thí nghiệm tẩm gỗ Bạch Dương [25] với các lơ mẫu có độ ẩm khơ kiệt và lơ mẫu có độ ẩm thăng bằng (≈ 9%) ñã cho kết quả vận tốc tẩm mao dẫn ở mẫu có độ ẩm khơ kiệt chậm hơn so với mẫu ở ñộ ẩm thăng bằng. Khi ẩm liên kết đã bão hồ trong vách tế bào, ẩm tự do ñã bắt ñầu xuất hiện, nó sẽ gây cản trở cho quá trình mao dẫn. Bởi khi lượng ẩm tự do chưa ñủ lớn ñể lấp ñầy các mao mạch, sẽ xuất hiện các túi khí gây cản trở cho dịng chất lỏng chuyển ñộng trong mao mạch. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Jamen. Nhưng khi lượng ẩm tự do tương đối lớn, thơng
thường W > 50% thì thuốc bảo quản thấm vào gỗ theo nguyên lý khuyếch tán, hiệu ứng Jamen sẽ không gây ảnh hưởng mạnh như quá trình mao dẫn. Do vậy, khi tẩm gỗ theo nguyên lý mao dẫn, ñể thuốc bảo quản thấm tốt vào gỗ thì độ ẩm của gỗ tẩm khơng nên sấy đến độ ẩm khơ kiệt, nhưng cũng không nên vượt q điểm bão hồ thớ gỗ (ở những loại gỗ nhiệt đới, điểm bão hồ khoảng 33-35%) [57].