Giáo trình Trang sức sản phẩm Mộc

Chia sẻ: Phan Bằng Thạch | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:140

Thêm vào BST

Báo xấu

321
lượt xem 54
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thông thường sản phẩm mộc sau khi lắp ráp đều phải trang sức, sau đó mới có thể thành sản phẩm cung cấp cho người sử dụng. Giáo trình Trang sức sản phẩm mộc giúp các bạn sinh viên khoa chế biến lâm sản nắm được các phương pháp trang sức sản phẩm Mộc. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Trang sức sản phẩm Mộc

Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc BÀI MỞ ĐẦU Thông thường, sản phẩm mộc sau khi lắp rắp đều ph ải trang s ức, sau đó mới có thể thành sản phẩm cung cấp cho người sử dụng. Mục đích của trang sức sản phẩm mộc là bảo vệ làm đẹp. B ề m ặt sản phẩm mộc được che phủ bằng một lớp vật liệu màng có độ cứng nh ất định, có tính năng chịu nước, chịu khí hậu..., làm cho nó tránh được hoặc giảm nhẹ xâm hại của ánh sáng mặt trời, nước, ngoại lực, hoá ch ất và côn trùng..... ngăn ngừa sản phẩm cong vênh biến dạng, nứt, mài mòn..... kéo dài thời gian sử dụng; tạo cho sản phẩm mộc có màu sắc, độ bóng, cảm giác về chất và hoa văn, làm cho hình dạng, màu sắc chất lượng của nó kết hợp hoàn mỹ, mang lại cho con người cảm thụ dễ chịu tốt đẹp. Hiệu quả trang sức có ảnh hưởng rất quan trọng đến giá trị của sản phẩm mộc. Phương pháp trang sức sản phẩm mộc rất đa dạng, cơ bản có thể chia thành 3 loại: Phun quét, dán mặt và nghệ thuật đặc biệt . Các dạng này có thể tiến hành thủ công hoặc cơ giới. Trang sức phun quét là theo trình tự công nghệ nhất định đưa chất liệu trang sức lên bề mặt sản ph ẩm mộc, và hình dạng mộc lớp màng trang sức. Theo màng trang sức có th ể hiện rõ vân thớ gỗ hay không chia thành trang sức trong suốt và trang sức không trong suốt; theo độ bóng của nó có thể chia thành trang s ức bóng và trang s ức trong suốt; theo độ bóng củanó có thể chia thành trang sức bóng và trang sức mờ; theo lấp lỗ mạch của nó có thể chia thành trang s ức l ỗ hi ện rõ, l ỗ nửa hiện rõ và lấp đầy lỗ. Theo chất liệu lỏng trang sức có th ể chia thành chất liệu trang sức gỗ nitro, PU, FES, PF.....; theo chiều dày màng trang s ức thì có thể chia thành màng dày, trung bình và màng mỏng; theo màu s ắc khác nhau lại có thể chia thành màu gốc, màu vỏ hạt giẻ, màu gỗ tếch, màu gỗ hồng sắc..... Dán mặt là quá trình công nghệ dùng vật liệu trang sức dạng miếng mỏng hoặc màng mỏng, dùng keo (hoặc không dùng keo) dán lên bề mặt sản phẩm mộc tiến hành trang sức. Vật liệu trang sức bề mặt có ván l ạng, 1
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc tấm dán mặt polime, giấy trang sức, giấy ngâm tẩm keo, màng mỏng PVC, kim loại.... Trang sức nghệ thuật đặc biệt bao gồm điêu khắc, ép hoa, khảm, th ếp vàng, bạc,... Trên thực tế trong sản xuất sản phẩm mộc thường sử dụng kết hợp nhiều phương pháp trang sức, như sau khi dán giấy trang sức và ván lạng, lại tiến hành trang sức, khảm và trang sức kết hợp. Trang sức sản phẩm mộc có thể tiến hành sau khi lắp ráp thành s ản phẩm, cũng có thể trước khi lắp ráp thành sản phẩm, trước tiên trang sức chi tiết, cụm chi tiết, sau đó lắp ráp toàn bộ. Th ậm trí có th ể ti ến hành trang sức mặt nguyên liệu gốc của sản phẩm mộc, nh ư ván dán, ván dăm...., rồi gia công thành sản phẩm mộc. Chất lượng trang sức sản phẩm mộc thường được đánh giá từ 2 mặt ngoại quan và tính năng lý hoá. Phương pháp trang sức khác nhau thì n ội dung ngoại quan và tính năng lý hoá bao hàm khác nhau. Như phun quét chất phủ ngoại quan bao gồm mức độ phù hợp màu s ắc với b ản m ẫu, tính đồng đều, độ bóng, kích thước hạt, phồng rộp, bọt khí, bị trắng, nhăn vết xước.... Còn tính năng lý hoá bao gồm lực bám của màng trang sức, tính chịu nhiệt khô, tính chịu mài mòn, tính bền khí hậu..... Cụ thể có thể thực hiện theo qui định trong Tiêu chuẩn Nhà nước GB 4893 - 1 - 8 – 85 “phương pháp xác định màng trang sức bề mặt đồ mộc” và trong các tiêu chuẩn đồ mộc khác. 2
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc CHƯƠNG 1 CHUẨN BỊ BỀ MẶT TRANG SỨC Quy trình dùng chất phủ phun quét lên sản phẩm mộc là tổng của hàng loạt công đoạn xử lý bề mặt gỗ, phun quét chất phủ, lớp chất phủ đóng rắn và chỉnh sửa màng phủ...... Yêu cầu của sản phẩm mộc đối v ới tính năng lý hoá và tính trang sức của màng phủ khác nhau, đặc tính của gỗ, như có kết cấu nhiều lỗ, tính chất ở các chiều khác nhau, tính khô co rút, ẩm trương nở, một số loài cây có tanin, nhựa..... đều có ảnh hưởng trực tiếp đến công nghệ và hiệu quả trang sức của sản phẩm mộc. Ngoài ra, trong sản xuất sản phẩm mộc còn sử dụng số lượng lớn ván dăm, MDF....... Hiện nay chất liệu phủ dùng cho sản phẩm mộc đang phát tri ển theo hướng tỷ lệ chất rắn cao, không ô nhiễm, chất lượng tốt, kỹ thu ật m ới, thiết bị mới của thi công không ngừng xuất hiện, vì th ế, nội dung c ủa công nghệ phun quét chất phủ tương đối phong phú. Để tiện trình bày, ở đây theo trang sức trong suốt, trang sức không trong suốt, trang sức mô phỏng và trang sức bằng sơn ta để thảo luận công nghệ phun quét chất phủ của sản phẩm mộc. Trang sức trong suốt là dùng chất phủ trong suốt phun quét lên bề m ặt gỗ. Tiến hành trang sức trong suốt, không chỉ phải giữ lại vân thớ và màu sắc tự nhiên của gỗ, mà còn phải thông qua một số công đo ạn đ ặc bi ệt đã định nào đó làm cho vân thớ của nó càng rõ rệt, cảm giác về chất gỗ càng mạnh, màu sắc càng tươi, đẹp mắt. Trang sức trong suốt dùng nhiều cho các sản phẩm mộc gia dụng, nhạc cụ, cấu kiện kiến trúc… dùng gỗ lá rộng quí hiếm (hoặc dán mặt bằng ván lạng). Ở Trung Quốc và một s ố nước Châu Á, những năm gần đây bắt đầu dùng trang sức cho sản phẩm mộc gỗ lá kim chất lượng cao. Quá trình công nghệ trang sức trong suốt sản phẩm mộc, trên đại thể có thể chia làm 3 giai đoạn: Xử lý bề mặt gỗ (chuẩn bị b ề m ặt), phun quét chất phủ (bao gồm sấy lớp phủ) và chỉnh sửa màng phủ. 3
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc Quá trình trang sức trong sáng thông thường phân thành các giai đoạn xử lý bề mặt, sảm bằng, nhuộm màu, trang sức chất phủ và s ửa sang màng chất phủ. Xử lý bề mặt bao gồm làm sạch bề mặt, vá và mài; nhuộm màu bao gồm nhuộm màu bột, nhuộm màu nước, nhuộm màu hồ và ghép màu; trang sức chất phủ bao gồm trang sức chất phủ lót và chất phủ mặt; sửa sang màng chất phủ bao gồm mài màng chất phủ và đánh bóng nó. Bảng 1.1. Cấu thành quá trình công nghệ trang sức trong suốt gỗ Giai đoạn Thứ tự công đoạn - Làm sạch bề mặt - Khử dầu nhựa Xử lý bề mặt - Tẩy trắng - Bả ma tít bề mặt - Lấp lỗ và điền đầy lỗ mạch - Nhuộm màu Phun quét chất phủ - Phun quét chất liệu lót - Phun quét chất liệu phủ mặt - Mài Chỉnh sửa màng trang sức - Đánh bóng Trang sức trong đó giữ nguyên hoa văn chân thực của gỗ, th ường những loại gỗ cây lá rộng có vân thớ đẹp đều dùng trang s ức trong, nh ưng do màng chất phủ trong rất dễ hiển thị những khuyết tật của gỗ, do đó yêu cầu đối với chất lượng của gỗ tương đối cao, đặc biệt là bề mặt của những chỗ trang sức là bằng phẳng, nhẵn bóng không để lại vết mài và vết bào, các góc cạnh cần phải hoàn chỉnh không bị nứt vỡ, sản ph ẩm cao c ấp cần phải loại bỏ lông gỗ. Theo yêu cầu của chất lượng trang sức, tình huống của vật liệu nền và chất phủ khác nhau, mỗi một giai đoạn có thể bao gồm một hoặc vài 4
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc công đoạn, có công đoạn cần phải lặp lại nhiều lần, thứ tự c ủa m ột s ố công đoạn cũng có thể điều chỉnh. Bây giờ chúng ta tiến hành thảo luận tác dụng và phương pháp ti ến hành của một số công đoạn này. Nội dung của các công đoạn chuẩn bị trang sức, tiến hành trang sức bề mặt cho sản ph ẩm mộc đ ược trình bày ở bảng 1.1. 1.1. LÀM SẠCH BỀ MẶT Mục đích của làm sạch bề mặt là chuẩn bị một bề mặt phôi trắng sản phẩm mộc sạch, bóng để trang sức, để thu được chất lượng trang s ức t ốt, tiết kiệm công sức, nguyên liệu, bao gồm làm sạch lông gỗ, bụi, khử dầu nhựa. Bề mặt phôi trắng sản phẩm mộc thường dùng bào tinh và mài tiến hành chỉnh sửa bề mặt. Khi trang sức trong suốt, độ nhấp nhô bề mặt của phôi trắng phải dưới 30µm. Trên bề mặt gỗ đã qua chỉnh sửa, vẫn tồn tại sợi gỗ đã bị cắt nhưng chưa hoàn toàn tách khỏi bề mặt gỗ, gọi là "lông gỗ", khi đưa dung dịch chất màu lên làm cho gỗ trương nở rất mạnh, lông gỗ vốn nằm hoặc ép dính, mép cạnh rạn nứt rất nhỏ của bề mặt gỗ, mép cạnh của ống mạch thô….. bị trương nở và khô dựng đứng lên, làm cho b ề mặt gỗ bị nhấp nhô. Khi nhuộm màu, dung dịch chất màu sẽ đọng l ại ở lông gỗ, gần mép cạnh ống mạch gỗ, làm cho màu sắc không đồng đ ều. Khi lấp đầy ống mạch, các chất lấp đầy bám dính vào lông g ỗ khó làm sạch, làm cho vân gỗ mờ. Khi trang sức, màng trang sức bị nhấp nhô, gây ra lỗ kim. Ngoài ta vết bào, sợi bị ép, bột gỗ còn trong ống mạch, cũng sẽ nổi lên gây ra hậu quả không tốt tương tự. Phương pháp loại bỏ lông gỗ có một số loại sau đây: Dùng nước nóng 40 - 500C làm ướt bề mặt gỗ, sau khi khô lông gỗ dựng đứng lên, sau đó dùng giấy nhám mịn mài nhẹ, loại bỏ lông g ỗ. Phương pháp này còn có thể hiện rõ chất thấm keo; dùng dung dịch cánh 5
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc kiến đỏ nồng độ 25%, hoặc dung dịch keo xương nồng độ 3 - 5% lên bề mặt phôi trắng, lông gỗ trương nở nhanh, khô nhanh, sau khi khô lông gỗ tương đối giòn, có thể mài đi. Dung dịch cánh kiế đỏ và keo xương ch ịu vào gỗ còn có thể làm vững chắc thêm các tổ chức của gỗ, ngăn ng ừa ch ất phủ trong gỗ tếch,.. có tính đẩy nước ra, cần sử dụng dung dịch 3 ph ần nước 1 phần amoniac quét lên bề mặt, rồi loại bỏ lông gỗ. Phun quét sơn dán dính cạnh gỗ PU đã pha loãng, độ nhớt của nó kho ảng 10s (BZ 4, 200C), hàm lượng khô 7 - 10%, sau khi khô triệt để, mài nh ẹ loại bỏ lông g ỗ, khi bóng của màng sơn mất đi là được. Ưu điểm của phương pháp này chất phủ có thể thấm vào trong tổ chức của gỗ, làm chắc thêm lớp mặt của phôi trắng, cho nên không khí trong gỗ khó trương nở, có thể ngăn chặn có kết quả màng phủ có lỗ kim và bọt khí, vì trong chất liệu phủ không có n ước, cho nên không gây ra nứt và biến dạng gỗ, sẽ không làm cho ván lạng dán mặt bong ra, có thể ngăn chặn bám màu không đồng đều, khi lấp đầy l ỗ mạch dễ lau sạch chất lấp lỗ mạch còn thừa bên ngoài ống m ạch, hiện rõ nét đẹp của vân thớ gỗ. Vì thế, là phương pháp dùng để trang sức sản phẩm mộc cao cấp. Phương pháp cán nhiệt xử lý bề mặt, trên bề mặt chi tiết bề mặt phẳng hoặc mặt hình, có thể dùng 2 - 3 rulô đường kính khoảng 180mm, nhiệt độ bề mặt khoảng 2000C tiến hành cán nhiệt, áp suất ép từ 0,4 - 2,5 MPa, tốc độ nạp liệu từ 2 - 15 m/phút. Bề mặt sau cán nhiệt, kh ối lượng thể tích tăng lên, độ bóng bề mặt tăng lên rõ rệt, có thể giảm lượng chất phủ dùng. Nếu bề mặt phôi trắng phun quét lên 1 lớp keo UF hoặc sơn g ốc nitro, thì hiệu quả xử lý càng tốt. 1.2. LOẠI TRỪ DẦU, NHỰA Trong gỗ lá kim như thông rụng lá, thông đỏ, thông đuôi ngựa,.. đều có nhựa, ở mắt, phần gỗ muộn hàm lượng nhựa càng cao. Thành ph ần chủ yếu của nhựa thông là dầu thông và colophan. Sản phẩm mộc từ loại gỗ này, khi tiến hành trang sức, thường thường do nhiệt độ tăng lên, tính lưu 6
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc động của nhựa tăng lên, cộng thêm tác dụng của áp suất không khí và hơi nước trong gỗ, dầu thông sẽ thấm ra bề mặt gỗ làm cho đóng rắn của ch ất liệu phủ tính dầu không tốt (khô chậm, dính trở lại th ậm trí không khô), bám màu không đồng đều và giảm lực bám của màng trang s ức. Vì th ế, trước khi trang sức nhất định phải loại bỏ hết dầu nhựa. Đối với gỗ lá kim tiến hành sấy nhiệt độ cao, có thể đồng thời loại bỏ dầu nhựa. Sản phẩm mộc làm từ gỗ lá kim sấy nhiệt độ thường, có thể dung phương pháp rửa và phương pháp hoà tan để loại bỏ dầu nhựa, cũng có thể dùng sơn lót bịt kín ngăn cách dầu nhựa, tránh ảnh h ưởng không t ốt của nó, ngăn chặn dầu thông thấm ra. Trước khi xử lý tẩy mầu đối với gỗ có nhựa, phải tiến hành xử lý loại trừ nhựa trước. Phương pháp loại trừ nhựa có: Loại trừ nh ựa bằng dung môi và loại trừ nhựa bằng alkali. Dùng dung môi axetone, cồn, nhóm benzen, CCl4,… để loại trừ nhựa. Ví dụ: dùng dung dịch nước axetone 25% có thể nhanh chóng loại trừ đ ược nhựa. Nhưng những loại dung môi này đắt (axetone), dễ cháy hoặc rất độc (nhóm benzen). Vì thế trong thực tế, chỉ dùng trong trang sức nhạt màu. Dùng dung dịch alkali xử lý bề mặt gỗ. Nguyên lý của phương pháp này là nhựa có thể cùng alkali tạo thành loại xà phòng có tính hoà tan, dùng nước sạch rửa có thể loại trừ được. Dung dịch alkali th ường dùng nh ất là dung dịch nước Na2CO3 5 - 6% hoặc dung dịch nước NaOH 4 - 5%. Khi dùng alkali loại trừ nhựa, dễ làm cho màu sắc của gỗ s ẫm đi, vì th ế phương pháp này chỉ thích hợp với trang sức xẫm màu. Nếu dùng h ỗn h ợp dung dịch alkali (80%) và dung dịch nước axetone (20%) để loại trừ nhựa thì hiệu quả càng tốt. Khi pha chế dung dịch alkali và axetone, nên dùng nước nóng 60 - 800C. Dùng dung dịch alkali đã pha chế quét lên chỗ có nhựa sau 2 - 3 giờ, nước nóng hoặc dung dịch Na2CO3 2% có thể rửa sạch nhựa đã xà phòng hoá. 7
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc Phương pháp rửa thường dùng dung dịch bazơ xử lý bề mặt gỗ, nhựa và bazơ tạo thành xà phòng tính hoà tan, rồi dùng nước nóng rửa, sẽ loại bỏ rất dễ dàng. Phương pháp thường dùng nhất là dung dịch Na 2CO3 nồng độ 5 - 6%, hoặc dùng dung dịch NaOH nồng độ 4 - 5% quét lên, sau đó dùng nước nóng rửa sạch bề mặt. Phương pháp này sẽ làm cho màu sắc gỗ đ ậm thêm. Vì thế, không phù hợp xử lý sản phẩm màu nhạt. Phương pháp hoà tan dùng các dung môi hữu cơ axeton, benzen, metanol, hoặc CCl4…. bôi quét lên chỗ có nhiều dầu nhựa là được. Phương pháp này thích hợp để loại bỏ dầu nhựa của sản phẩm màu nhạt . Do giá của những dung môi hữu cơ này tương đối đắt, dễ cháy, có độc, không an toàn, vì thế ở tính huống bình thường không sử dụng. Phương pháp bịt kín tức là ở chỗ có nhiều dầu nh ựa quét lên ch ất li ệu đáy bịt kín như dung dịch cánh kiến đỏ hoặc PU, ngăn chặn dầu thông thấm ra khỏi màng trang sức. Phương pháp khoét là khoét bỏ các túi nhựa đặc biệt nhiều mắt, rồi gắn vào 1 miếng gỗ tương ứng. 1.3. TẨY TRẮNG Là thao tác làm cho gỗ màu đậm thành màu nhạt, nâng cao độ sáng của gỗ, loại bỏ phần gỗ biến màu, cũng gọi là khử màu sắc. Tẩy trắng g ỗ dùng cho nhiều tình huống, để tiến hành trang sức trong suốt màu nh ạt, phải khử màu toàn bộ bề mặt gỗ; màu sắc trên cùng 1 sản phẩm không giống nhau, khi dùng phương pháp nhuộm màu không th ể làm cho màu s ắc của màng phủ không như nhau, trước khi nhuộm màu cũng cần khử màu bề mặt, sau đó phun quét đồng đều chất nhuộm màu; ngoài ra, còn có thể dùng phương pháp khử màu để dự phòng và loại bỏ biến màu gỗ do tác dụng của ánh sáng gây ra. Làm sạch biến màu sinh vật do nấm, mốc gây ra, lo ại bỏ biến màu hoá học do gỗ tiếp xúc với sắt, axít, bazơ gây ra. Tẩy trắng chính là quá trình loại bỏ Lignin và các ch ất màu trong g ỗ. Mục đích của tẩy trắng là loại bỏ Lignin và các hợp chất của Lignin còn 8
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc lại, nhằm cải thiện độ trắng của Cellulose , đồng thời phải hạn chế sự phân huỷ của Cellulose. Do đó việc lựa chọn nghiên cứu các giải pháp t ẩy trắng thích hợp là hết sức quan trọng. Tẩy trắng là ứng dụng phản ứng Oxy hóa hoặc Oxy hóa khử trên bề mặt của gỗ. Gỗ tẩy trắng là làm cho các tập đoàn gốc màu hoặc các gốc hỗ trợ màu cùng với các thành phần tổ thành nên màu sắc thông qua Oxy hóa khử của dung dịch tẩy trắng mà đạt được m ục đích phân giải làm mất màu. Các gốc phát màu cơ bản là: O O Gốc than C O) của đơn thể Prophyl Benzen trong Lignin và gốc Hydroxin (COOH) cầu Cacbon đôi ( CC ) Ngoài ra gốc Hydroxin (-OH) và gốc -OCH3 cùng tồn tại trong gỗ, chính chúng nó cũng làm cho gỗ dễ bị biến màu. Tập đoàn phát màu b ản thân nó tồn tại cầu nối đôi không màu, khi chịu tác động của ánh sáng (nh ất là ánh sáng tím) và tác dụng của Oxy, cầu nối π bị phá vỡ sinh thành gốc tự do, từ đó phát sinh quang hóa phân giải làm cho màu s ắc g ỗ trở nên đ ậm h ơn. Do đó dùng các dung dịch hóa chất có tính Oxy hoặc Oxy hóa khử để thực hiện việc phong bế tập đoàn trợ màu (OH -) và thu hút tập đoàn phát màu (như C = O, C = C) do ánh sáng nhìn th ấy đã tác đ ộng vào g ỗ. Nh ư v ậy đã s ản sinh ra tác dụng tẩy trắng gỗ. Dung dịch được dùng phát huy mức đ ộ t ẩy tr ắng lớn nhỏ, còn phải căn cứ vào mức độ Oxy hóa hoặc Oxy hóa kh ử mà quy ết định. Trên thực tế 2 phản ứng này có thể xảy ra được hay không đ ược quyết định bởi năng lượng hoạt hóa, môi chất và độ PHcủa nó, nhi ệt đ ộ phản ứng và thời gian phản ứng cũng nằm trong những nhân tố đó. Có lúc tẩy trắng sau khi đã hoạt hóa vẫn không có hiệu quả tẩy trắng nh ư ý thì cần phải cho thêm những dung dịch trợ giúp hoạt tính. Nhiệt độ có tác 9
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc dụng rất lớn đến quá trình tẩy trắng so với nhiệt độ thấp, ở nhiệt độ cao tốc độ phản ứng tăng lên rất nhiều làm cho tẩy trắng dễ dàng được tiến hành. Oxy già và NaClO2 được xem là những chất tẩy trắng, thường điều chỉnh độ pH của Oxy già ở tính kiềm, còn đối với dung dịch NaClO 2 điều chỉnh độ pH có tính Acid, từ đó mà làm cho khả năng tẩy trắng của chúng được tăng lên rõ rệt. Dạng dung dịch tẩy trắng hoàn nguyên như hỗn hợp Amoniac và bột tẩy trắng đều là các chất tan trong nước, ở đi ều ki ện nhi ệt độ trong phòng năng lực tẩy trắng rất thấp, nếu nâng nhi ệt đ ộ lên 80 0C thì năng lực tẩy trắng hoàn nguyên tăng lên rất mạnh. Cần phải chỉ ra rằng hoạt tính của dung dịch tẩy trắng quá mạnh thì dung dịch tẩy trắng vô hiệu đối với sự phân giải kịch liệt, như vậy không chỉ làm tổn th ất dung dịch tẩy trắng mà còn dẫn đến sự phá hoại đối với tổ chức gỗ làm cho bản chất chất lượng gỗ bị giảm xuống, do vậy cần phải cho thêm vào một lượng dung dịch ức chế trợ giúp thích đáng. 1.3.1. MỘT SỐ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA GỖ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN MÀU GỖ Thành phần hoá học của gỗ bao gồm Cellulose, Hemicellulose, Lignin và một số chất chiết suất. Trong nội dung của đề tài tôi đ ề c ập đ ến về một số thành phần hoá học của gỗ liên quan đến màu gỗ. a. Lignin Lignin là một trong những hợp chất thiên nhiên khó nghiên c ứu vì không hoà tan trong những dung môi thông thường và bi ến đ ổi tính ch ất ngay khi xử lý trong điều kiện mềm. Từ sự phân giải Lignin đến các h ợp chất đơn giản thường xảy ra một cách không hoàn toàn và rất nhi ều khi sản phẩm thu được không đặc trưng cho kết cấu của Lignin thiên nhiên. Tuy nhiên với nhiều vấn đề về cấu trúc những nghiên cứu so sánh của Lignin của các nhà khoa học ta có thể có một số kết luận v ề Lignin nh ư sau: 10
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc - Lignin là cao phân tử phenylpropan (khoảng 30 ÷ 40 nhóm). Các mắt xích có chứa nhóm OH chức phenol, chức rượu enol, ketol (-CO-). Nhân thơm có hoặc không có chứa nhóm metoxyl (- OCH 3). Phần nhánh có chứa nối đôi, nối ba, nhóm – OH, nhóm – CHO, nhóm – COOH. - Các mắt xích liên kết với nhau tạo mạng lưới không gian bằng liên kết ete (= C – O – C =) và liên kết Carbon – Carbon (C – C). ở các v ị trí khác nhau ở nhân thơm cũng như mạch thẳng loại liên kết C – C rất bền vững dối với xử lý hoá học và là yếu tố chủ yếu ngăn cản sự tạo thành các đơn phân tử Lignin trong những xử lý như hydro hoá, phân gi ải b ằng etanol… Cần phải nhấn mạnh rằng hãy còn chưa thể đưa ra được những chứng cớ chắc chắn về mặt hoá học cho sự tồn tại của t ất c ả các lo ại liên kết đó. Những liên kết đó được đề xuất để giải thích đặc đi ểm c ủa Lignin về mặt hoá học. Những dự kiến đó gần đây đã được hỗ trợ trực tiếp nghiên cứu về cơ chế của sự hình thành Lignin trong cây đang s ống. Freudenberg, Kratal và Billek đã nghiên cứu và chứng minh rằng có thể điều chế được ở dạng sống, (alpha, beta hay gamma) của phenylpropan mang tính phóng xạ. - Liên kết ete trong phân tử Lignin gồm có: Liên kết ete phenolic và những liên kết ete dialkyl. - Liên kết C – C gồm liên kết β − β ’ carbon – carbon và liên kết α - α ’ carbon – carbon. Hàm lượng Lignin phụ thuộc vào loại gỗ, tuổi của chúng. Trong C thời gian sinh trưởng thì lượng Lignin liên tục tăng. Khi cây đã trưởng thành thì hàm lượng Lignin hầu như không đổi.H – C – OH Công thức phân tử của Lignin là C42H32O2(OH)5(OCH3)5 được nhiều nhà hoá học công nhận. – CH2 HO OCH3 Công thức cấu tạo của Lignin: H–C–O H – C – OH OCH3 11 OH
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc Nhìn vào công thức ta thấy lignin có các nhóm chính sau: Nhóm metoxyl (OCH3) chiếm 8 ÷ 16%; nhóm carboxyl; nhóm hydroxyl (OH); các hạt nhân benzen (C6H6). Ở trên ta đã trình bày những quan điểm hiện đại về bản ch ất của các liên kết giữa những đơn vị đơn phân tử Lignin. B ức tranh t ổng quát c ủa cấu tạo Lignin rút ra kết luận quan trọng Lignin là cao phân tử ph ức t ạp. Trong đó sự phức tạp của cấu tạo Lignin không phải chỉ vì có nhiều đơn vị đơn phân tử trong Lignin mà còn vì sự đa dạng c ủa các ki ểu liên k ết gi ữa các đơn vị đó. Toàn bộ những kết luận trên chủ yếu xuất phát từ Lignin của các loài lá kim, gỗ tùng, mà nhiều nhà nghiên cứu đã ti ến hành phân tích. Những thông tin về Lignin của gỗ cây lá rộng và cây thân th ảo v ẫn còn bị hạn chế không cho phép kết luận được trên lý thuyết. Một điều đáng quan tâm về mặt lý luận là: Lignin là một cao phân tử có cấu trúc sắp xếp đều đặn hay sắp xếp vô trật tự. Brauns đã đưa ra giả thuyết về “đơn vị Lignin” gồm có 4 guaiacylpropan monome và đã giới thiệu, phân tích để khẳng định gi ả thuyết đó. Sau những số liệu thu được về sau do phân tích những phân tử khác nhau (như các nhóm coniferyl aldehyd) không phù hợp với giả thuyết của Brauns. 12
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc Rõ ràng là, phải công nhận có một số sắp xếp vô trật t ự nào đó c ủa phần tử cấu tạo cơ bản trong Lignin (mặc dù ch ưa có s ự ch ứng minh bằng thực nghiệm nghiêm túc) đặc biệt là nếu cho rằng gi ả thuy ết sinh v ật phát sinh Lignin của Freudenberg là đúng. Freudenberg cho rằng tác dụng của men trong quá trình đó bị giới hạn bởi sự tạo thành các gốc của rượu coniferylic. Sự hợp nh ất tiếp sau đó của các gốc với sự tạo thành Lignin chưa chắc có thể dẫn t ới một c ấu trúc đồng nhất hay các cao phân tử với trọng lượng phân tử giống nhau. Đại đa số các cao phân tử tự nhiên hay tổng hợp được cấu tạo theo nguyên tắc “đầu nối với đuôi”. Những chứng lý, được trình bày ở trên cho ta thấy rằng nguyên tắc đó không ứng dụng được với Lignin. Nếu chúng ta gán ghép một cách tuỳ tiện mạch nhánh của đơn vị phenylpropanl là “đầu” của phân tử, còn vòng thơm là “đuôi” thì có thể giả định rõ ràng trong Lignin gỗ tùng ít nhiều sẽ tồn tại 3 kiểu mối nối giữa các đ ơn v ị đ ơn phân tử. Thường rất khó khăn làm rõ các đặc tính của Lignin và các d ẫn xu ất của nó bằng những phương pháp phân tích định lượng do độ hoà tan y ếu của các chất đó và xu hướng của các phản ứng phụ, vì vậy việc phân tích các nhóm định chức là cần thiết. Ta lần lượt xem xét các nhóm chức của phân tử Lignin như sau: + Nhóm metoxyl: có lẽ là nhóm đặc trưng nhất trong các nhóm định chức của Lignin. Hàm lượng của các nhóm này ở trong proto Lignin gỗ lá kim khoảng từ 15 ÷ 16% Lignin gỗ lá rộng nhờ có các đơn vị siringylpropanl chứa nhiều nhóm metoxyl hơn từ 20.5 ÷ 21.5%. Cũng đã chỉ rõ rằng nhóm metoxyl đứt ra khỏi Lignin bằng axit Hydryodic chỉ ở nhi ệt độ tương đối cao. Điều đó có nghĩa là tất cả các nhóm metoxyl trong Lignin, là thuộc vòng thơm và không phụ thuộc axtal hay các nhóm ete phức tạp. 13
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc + Nhóm cacboxyl: Người ta chưa thu được đầy đủ những số liệu có tính thuyết phục về sự có mặt của nhóm cacboxyl trong Lignin, dù có thì sự tồn tại với một số lượng lớn là hoàn toàn không có khả năng. Trong các mẫu Lignin tách từ gỗ hoàn diệp liễu và các loài cây thân thảo, chắc ch ắn mới thấy có các nhóm ete phức tạp. + Nhóm hydroxyl: gồm các hydroxyl phenol và aliphatic người ta đã xác định bằng cách metyl hoá với dimetylsunfat và axetyl hoá. Những điều kiện quá thô bạo của quá trình xử lý ở điều kiện kiềm có nồng độ đ ậm đặc và nhiệt độ là 60OC, có thể gây ra các phản ứng phụ như: đa tụ hay giả phóng bộ phận những hydroxyl phenol mới. Những hydroxyl bậc 3, ngược lại có thể không bị tác động phản ứng. Bằng biện pháp axetyl hoá Fredenbeng đã xác định được tổng số lượng hydroxyl trong Lignin. Nhiều nhà nghiên cứu về sau đã dành riêng cho việc xác định các hydroxyl thuộc phenol tự do trong Lignin và các dẫn xuất của nó. Để làm vi ệc đó ng ười ta đã dùng các phương pháp đo điện thế và độ dẫn để chuẩn độ và cũng dùng các phương pháp, dựa trên oxy hoá bằng periodat, thay đổi hấp thụ quang phổ ngoại do ion hoá các hydroxyl phenolic tự do, phản ứng với diaromentan hay dinitroflorbenzen, sự hấp thụ hydroxyl bari bởi Lignin… Mỗi phương pháp có hạn chế nhất định trong áp dụng. Ngoài ra có th ể nảy sinh những khó khăn liên quan tới sự có mặt của độ axit rất yếu (thí dụ như sự gây khó khăn về không gian hay các liên kết hydro) của các nhóm hydroxyl phenolic, do tồn tại các nhóm carboxyl nên sẽ có kh ả năng hoà tan không hoàn toàn của Lignin. Một phần lớn các hydroxyl thuộc mạch thẳng là bậc một. Điều đó dược khẳng định bằng cách tách từ Lignin hydro hoá các đơn vị phenyl propan với các nhóm carboxyl bậc một và axit metoxyaxetic từ các sản phẩm oxy hoá của Lignin. Từ việc tìm hiểu cấu tạo của phân tử Lignin dẫn đến các tích chất của Lignin như sau: 14
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc - Tính chất vật lý: Trong gỗ Lignin có ở màng giữa là chủ yếu. Lượng Lignin giảm dần từ ngoài vào trong. Chỉ số khúc xạ l ớn c ủa Lignin trong gỗ (1.61) và cả sự hấp thụ quang phổ tử ngoại của nó cho thấy bản chất “ thơm” của Lignin. Sự phân cực của các tia tử ngoại, ch ứng tỏ Lignin trong gỗ và phi lâm sản là vô định hình. Song tính lưỡng sắc, th ể hiện bởi màng trung gian trong ánh sáng tử ngoại chứng tỏ rằng có m ột m ức độ k ết tinh nào đó. Tính chất không hoạt động quang h ọc Lignin là đi ều c ần chú ý đặc biệt, vì trong những phân tử cấu tạo của Lignin có ch ứa các nguyên t ử hydratcacbon bất đối xứng. - Tính chất hoá học: Trong quá trình nghiên cứu người ta đưa ra các phản ứng hoá học như sau: + Phản ứng sunphit hoá Lignin: Trong quá trình nấu sulphit, Lignin của gỗ, dưới tác dụng của bisulphit và axit sulfuro tự do ở nhi ệt đ ộ 135 ÷ 1400C, chuyển hoá axit licnosulphonic hoà tan được, ph ản ứng sulphon hoá là một phản ứng rất quan tâm về mặt lý thuyết vì nó là m ột trong nh ững phản ứng quan trọng nhất của Lignin. Làm rõ cơ chế của phản ứng sulphon hoá và bản chất của các nhóm có khả năng ph ản ứng, tham gia vào quá trình đó, gặp nhiều khó khăn phúc tạp vì các nhóm sulphon trong nh ững điều kiện tương tự như quá trình nấu sulphit có thể được kéo theo rât nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau. Do đó hành loạt cơ ch ế có th ể n ẩy sinh trong quá trình sulphon hoá. Tương ứng động học của sunphon hoá trong cá môi trường axits và trưng tính có cá nhóm có khả năng phản ứng với Lignin . Cơ chế của quá trình sulphon hoá Lignin gỗ mềm: - Cấu trúc phản ứng trong Lignin của gỗ. - Axit licnosulphonic (không tan). - Axit licnosulphonic sulphon hoá thấp. - Axit licnosulphonic. 15
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc Nếu quá trính sulphon hoá được tiến hành trong môi trường trung tính hay axit yếu thì có các nhóm tác động nhanh nh ờ tác dụng h ọat hoá c ủa Hydroxylphenolic tự do. Sản phẩm cơ bản của quá trính sunphon hoá gọi là axit licnosulphonic rắn, chứa gần 0,3 nhóm sunphua trên một nhóm OCH3. + Phản ứng phân giải do alcol: Lignin trong quá trình xử lý bằng rượu khác nhau với sự tham gia của axit vô cơ đã bị tác đ ộng b ởi m ột lo ạt các phản ứng. Một số phản ứng đó xẩy ra ngay trong điều kiện bình thường, có các phản ứng xẩy ra như sau: (1) Axetyl hoá các nhóm carboxyl; (2) Ete hoá các nhóm enol; (3) Ete hoá các cấu trúc có α - hydroxyl tự do và các nhóm ete đơn giản. Trong các phản ứng trên thì phản ứng (3) xẩy ra bao trùm chính nó làm tăng một số lượng lớn metoxyl được giải thích trong quá trình phân giải bằng metanol ở nhiệt độ thấp. + Phản ứng thuỷ phân axit : Khi đun nóng trong môi trường của dung dịch axit yếu Lignin bị tác động của sự thuỷ phân gần giống nh ư các phản ứng phân giải do alcol. Tuy nhiên có sự khác nhau quan trọng giữa các phản ứng đó. Nếu như trong phản ứng phân giải do alcol có lượng l ớn các sản phẩm đơn phân tử tạo ra thì trong các sản phẩm của thuỷ phân chúng chỉ có với số lượng rất nhỏ (vết). Điều đó liên quan với khuynh h ướng c ủa các nhóm hydroxyl thuộc rượu ở vị trí α và các kết cấu ceton – rượu chịu phản ứng đa tụ trong điều kiện axit, đặc biệt là với các vòng th ơm của cá đơn vị chứa các đơn vị hydroxyl phenolic tự do. + Phản ứng thuỷ phân bằng kiềm: Khi đun nóng Lignin với các dung dịch kiếm gây ra sự chuyển dịch bằng liên kết ete ankyl – aryl, v ới s ự tạo ra các nhóm hydroxyl phenolic. Những phản ứng như th ế cũng đã đ ược chứng minh với mô hình hợp chất ete guaiacyl. Những ph ản ứng đ ứt m ạch xẩy ra trong các axit licnosulfonic ngay ở nhiệt độ dưới 100 0C, với sự giảm trọng lượng tức thì. Để giải phóng các nhóm phenol trong Lignin, người ta tiến hành ở khoảng nhiệt độ 160 ÷ 1700C. Liên kết ete có trong 16
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc nhóm metoxy thường bền vững hơn và chỉ bị phân giải ở nhiệt độ trên 2500C. Những liên kết C – C dễ bị tác động trong môi trường ki ềm nên m ột phần lớn Lignin trong gỗ trở nên hoà tan trong dung d ịch ki ềm khi ra nhi ệt tới 1000C. + Phản ứng Halogen hoá: Những phương pháp tẩy trắng bột giấy dùng trong sản xuất nói chung đều được dựa trên các quá trình khử Lignin đòi hỏi ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên có những hoá chất có thể th ực hiện được quá trình khử Lignin ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Trong đó Clo trong dung dịch axit chuyển hoá Lignin thành một dẫn xuất clorLignin, trích ly đ ược bằng dung dịch kiềm trong nước. ở một giới hạn nhất định, quá trình clo hoá kèm theo trích ly bằng kiềm được dùng để sản xuất bột giấy từ rơm rạ. Trong công nghiệp bột giấy gỗ Clo là một tác nhan tẩy trắng celluloza + Phản ứng Nitrat hoá: Quá trình nitrat hoá gỗ tương tự như phản ứng clo hoá, trong đó Lignin được chuyển hoá thành dạng tan ở điều kiện tương đối mềm, không gây một tác động đáng kể nên các thành ph ần carbohydrat. Phản ứng nitrat kèm theo sự tổn thất của nhóm metoxyl và t ạo ra metanol. + Những phản ứng với dioxide clo và clorit: Những nghiên cứu tiến hành với dioxide clor và clorit Lignin trong gỗ cho thấy có s ự phân gi ải thực sự của nhân thơm, dựa trên quang phổ của tia tử ngoại. Tuy nhiên, chúng ta chưa rút ra được các kết luận: vòng mở đến mức độ nào và mức phân giải xẩy ra tới mức độ nào. b. Các chất chiết suất Những chất này không có trong thành phần của vách tế bào mà thường tồn tại trong ruột tế bào, chúng gồm : axit nhựa, axit béo, muối hữu cơ, tinh dầu, tinh bột, đường và các loại khoáng khác. Các chất chiết suất làm ảnh hưởng đến mầu sắc, mùi vị gỗ, … ngay sau khi xử lý bằng nước 17
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc nóng, cồn, axeton thì sức thẩm thấu tăng từ 4 -14 lần đặc bi ệt khi hàm lượng các chất chiết suất tan trong nước nóng, nước lạnh cao. Sẽ có nhi ều chất làm thức ăn cho nấm, côn trùng vì vậy gỗ và phi lâm sản d ễ b ị n ấm mốc, mối mọt,… xâm nhập phá hoại. 1.3.2. CHẤT TẨY TRẮNG Chất tẩy trắng có thể phân thành 2 loại: - Kiểu dung dịch tẩy trắng Oxy hóa - Kiểu dung dịch tẩy trắng hoàn nguyên. Bảng 1.2. Dung dịch tẩy trắng và làm mất màu Nhóm Loại hình Tên hóa chất Clo, Calcihypochorite, natrihypochlorite, Nhóm Clo vô cơ Nhóm natrichlorite Nhóm Clo hữu cơ Chloramine B, Chlramine T tẩy Nhóm hợp chất Oxy vô trắng H2O2, Natri peroxid, natri perborate cơ Oxy hóa Nhóm hợp chất Oxy Acetic, Benzoyl, methyl ketone peroxid hữu cơ Nhóm Nhóm Hydro hóa Natri Brohydrid Hợp chất có Nitơ Diamine tẩy Hợp chất lưu hóa vô cơ Hypo, Natribisulpite trắng Hợp chất lưu hóa hữu L Methionine hoà cơ nguyên Nhóm Acid Acid Oxalic, Hypophosphorous, vitamin C Nhóm khác Crotonic Acid Trước mắt chất tẩy trắng dùng cho gỗ đại bộ phận là dùng Oxy già và NaClO2 với Diamin có tác dụng tẩy màu rất rõ rệt đối với gỗ nhi ệt đ ới, mà 18
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc nó có tác dụng ức chế đối với ánh sáng. Chất tẩy trắng ổn định là thu ộc gốc Urea và Vitamin C thuộc loại hình dung dịch hoàn nguyên chất tẩy trắng cho gỗ thường dùng là chất làm mất màu được ghi trong bảng 1.2. 1.4. CHẤT TRỢ GIÚP Chất trợ giúp tẩy trắng gỗ được phân thành 2 loại đó là chất trợ giúp hoạt hóa và chất trợ giúp ức chế hóa. Để thoả mãn nhi ều lo ại yêu c ầu c ủa tẩy trắng với chất trợ giúp ngày càng nhiều, hai loại nàytổ thành phức h ợp. Bảng 1.3 chỉ ra chất trợ giúp hoạt tính, bảng 1.4 liệt kê ch ất trợ giúp ức chế. Bảng 1.3. Dung dịch trợ giúp hoạt tính tẩy trắng gỗ Loại dung dịch tẩy Tên và những điểm chính khi cho chất trợ giúp trắng + NH4OH. Natri bicarbonat, . Natri carbonat, NaOH, guanidin carbonat. Chất hữu cơ nhóm Amoniac tan trong nước và hợp chất kiềm tan trong nước. Để nâng cao tính thẩm thấu cần phải cho thêm Ethanol, điều chỉnh độ pH Oxy già đến 9,5 - 11 Oxy già + Hỗn hợp với Acetic khi tỷ lệ 1:1, tẩy trắng trong điều kiện môi trường Acid, có thể cho thêm Oxalic + Làm nóng chảy Maleic Acid và trộn với nó. Tẩy trắng trong môi trường Acid, có thể cho thêm Acid chanh, oxalic Dung dịch tan trong nước có tính kiềm, có tác dụng tẩy Natri percarbonate trắng. Căn cứ vào loại gỗ khác nhau, có khi có sự thương Natri perbonate tổn do kiềm. Có thể cho thêm Acetic, tẩy trắng trong điều kiện Acid yếu là tốt 19
Khoa Chế biến Lâm sản Bộ môn Công nghệ Xẻ – Mộc + Cho thêm Acetic; Acid chanh vừa đủ, điều chỉnh Ph: 3 - 5 + Cho thêm Ure làm tính hoạt hóa tăng + Cho thêm Acid hữu cơ, vô cơ hoặc muối nhôm, kẽm của nó hoặc hỗn hợp Acid đó làm cho nó có tính hoạt hóa Natri chlorite + Cho thêm H2O2 hoặc Natri percarbonate, natri perborate làm cho nó có tính hoạt hóa + Cho thêm muối Allylcarbonic nhằm cải thiện tính thẩm thấu phương pháp này cũng thích hợp khi dùng H 2O2 để tẩy trắng Cho thêm dung dịch Benzoic và Phthalalđehyic Acid vừa Natri hypochrite đủ Chloramine T, Chloramin Cho thêm Acid vô cơ, hữu cơ làm tăng hoạt tính của nó B Cho thêm Acetic, formic, oxalic, citric hoặc một ít Natri sulfit và hợp chất hypophosphous Acid, HCl nhằm điều chỉnh thành môi của nó trường Acid yếu, nếu hoạt tính tăng, thì năng lực tẩy cũng được nâng cao, đặc biệt là khi cho hypophosphous Trong dung dịch bão hoà thuốc tẩy cho thêm sulphat manhe Calci hypochlorite điều chỉnh dung dịch Manhe hypochlorite, tính ổn định tốt Bảng 1.4. Chất trợ giúp ức chế tẩy trắng gỗ Loại thuốc Tên và điểm chính khi cho chất trợ giúp ức chế tẩy Nếu cho thêm Natri Silicate, Sulfatmanhe, natri pyrophosphate, Oxy già Ethylene diamine tetraacetic Acide vừa đủ có thể ức chế phân giải làm cho hiệu quả tẩy trắng bền lâu, cho thêm CMC làm cho độ bám tăng lên Khi dùng Acid hữu cơ tẩy trắng trong điều kiện Acid, cho thêm Acid hữu cơ CMC, Silicagel có thể khống chế được sự phân giải vô hiệu của tẩy trắng 1.3.4. NGUYÊN LÝ TẨY TRẮNG VÀ PHA CHẾ DUNG DỊCH TẨY TRẮNG 20