Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học

Chia sẻ: Trang Lê | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:194

Thêm vào BST

Báo xấu

117
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học" được thực hiện với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu để nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới để thay thế gỗ rừng tự nhiên.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO XUÂN THU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GỖ MỠ (Manglietia conifera Dandy) RỪNG TRỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH HÓA HỌC Chuyên ngành: Công nghệ bảo quản, sơ chế Nông Lâm sản sau thu hoạch Mã số: 62 54 10 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO XUÂN THU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GỖ MỠ (Manglietia conifera Dandy) RỪNG TRỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH HÓA HỌC Chuyên ngành: Công nghệ bảo quản, sơ chế Nông Lâm sản sau thu hoạch Mã số: 62 54 10 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: GS.TS HÀ CHU CHỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS.TS TRẦN VĂN CHỨ HÀ NỘI - 2011
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Đào Xuân Thu
ii LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi gửi lời cám ơn chân thành tới GS.TS Hà Chu Chử, PGS.TS Trần Văn Chứ ñã tận tình giúp ñỡ và chỉ bảo tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Nhân dịp này cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới Đảng Uỷ, Ban Giám Hiệu, Cán bộ các Phòng ban, Khoa Nông Lâm Nghiệp Trường Đại học Tây Nguyên ñã cho phép và ñộng viên tôi ñể tôi hoàn thành luận án. Nhân dịp này cũng cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới các Ông (Bà) Lãnh ñạo viện, các Ông (Bà) Lãnh ñạo các phòng ban chức năng thuộc Viện Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam, Khoa Chế Biến Lâm Sản Trường Đại học Lâm Nghiệp ñã giúp tôi hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn Ông Nguyễn Văn Bản, Trưởng Phòng Tài Nguyên; TS Lê Thanh Chiến cùng các cán bộ nghiên cứu Phòng Chế biến Lâm Sản ñã tạo mọi ñiều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm, tài liệu, thông tin khoa học ñể tôi hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn các Nhà Khoa học: PGS.TS Hoàng Nguyên, PGS.TS Nguyễn Trọng Nhân, PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, PGS.TS Phạm Văn Chương, TS Trần Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Cảnh Mão, TS Nguyễn Thị Bích Ngọc ... ñã có những ý kiến ñóng góp quý báu giúp tôi hoàn thành luận án. Qua ñây, cũng xin ñược gửi lời cảm ơn tới gia ñình tôi ñã ñộng viên và tạo ñiều kiện tốt nhất ñể tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 4 tháng 10 năm 2011 Tác giả luận án Đào Xuân Thu
iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iv Danh mục các hình vẽ v Danh mục các bảng vi Mở ñầu 1 Chương 1. Tổng quan vấn ñề nghiên cứu biễn tính gỗ 4 1.1. Lịch sử nghiên cứu biễn tính gỗ 4 1.2. Nhận xét rút ra từ tổng quan 10 Chương 2. Mục tiêu, ñối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 11 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 11 2.2. Đối tượng nghiên cứu 11 2.3. Nội dung nghiên cứu 12 2.4. Phương pháp nghiên cứu 13 Chương 3. Cơ sở lý thuyết 29 3.1. Cơ sở khoa học của quá trình biến tính gỗ 29 3.2. Cơ sở khoa học của ổn ñịnh kích thước gỗ bằng biến tính gỗ 35 3.3. Cơ chế xử lý ổn ñịnh kích thước gỗ 39 3.4. Cơ sở khoa học của quá tình thấm hóa chất vào gỗ 42 Chương 4. Nghiên cứu biến tính Gỗ Mỡ và các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình biến tính 52 4.1. Tạo mẫu gỗ 52 4.2. Ảnh hưởng của nồng ñộ, thời gian ngâm và nhiệt ñộ dung dịch Polyetylenglycol (PEG-600) ñến tỷ lệ co rút và giãn nở của Gỗ Mỡ biến 55 tính 4.3. Tạo mẫu gỗ biến tính theo thông số tối ưu 66 4.4. Ảnh hưởng của dung dịch Polyetylenglycol (PEG-600) ñến ổn ñịnh kích thước của Gỗ Mỡ biến tính tạo thành theo thông số tối ưu 68 Chương 5. Nghiên cứu cơ chế biến tính gỗ Mỡ bằng PEG-600 77 5.1. Cấu tạo vi mô của Gỗ Mỡ chưa biến tính 77 5.2. Cấu tạo vi mô của Gỗ Mỡ biến tính 78 5.3. Xác ñịnh sự phân bố PEG trong tế bào Gỗ Mỡ biến tính 82 Chương 6.Thành phần hóa học, một số tính chất cơ học và tính chất công nghệ của gỗ Mỡ biến tính 87 6.1. Thành phần hóa học 87 6.2. Tính chất cơ học 87 6.3.. Ảnh hưởng của PEG-600 ñến chất lượng màng trang sức 89 6.4. Độ ăn mòn kim loại 90
iv 6.5. Đề xuất sơ ñồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91 Kết luận và kiến nghị 93 1. Kết luận 93 1. Kiến nghị 94 Các công trình có liên quan của tác giả ñã công bố 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Mean Giá trị trung bình mẫu Min Trị số quan sát bé nhất Max Trị số quan sát lớn nhất σ Giới hạn bền m Sai số của số bình quân V% Hệ số biến ñộng P% Hệ số chính xác W Độ ẩm gỗ γ Khối lượng thể tích gỗ A Công riêng khi uốn va ñập T Giới hạn bền khi tách XT Xuyên tâm TT Tiếp tuyến DT Dọc thớ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam pH Chỉ ñộ axit của gỗ
vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ TÊN HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ TRANG Hình 2.1: Mô hình bài toán xác ñịnh các thông số tối ưu khi tạo gỗ Mỡ biến tính 15 Hình 2.2. Sơ ñồ xác ñịnh ñộ sâu thấm thuốc trên tiết diện ngang mẫu 23 gỗ Hình 2.3. Các cấp ñộ ñánh giá chất lượng bám dính của màng trang 26 sức Hình 3.1: Mô hình cấu tạo xử lý ổn ñịnh kích thước gỗ 37 Hình 3.2. Mặt cong ñược hình thành khi dung dịch tiếp xúc với thành mao quản 46 Hình 4.1. Sơ ñồ tạo mẫu gỗ 52 Hình 4.2. Tạo mẫu gỗ Mỡ biến tính theo thông số tối ưu 68 Biểu ñồ 4.1. Biểu ñồ biểu diễn ñộ hút ẩm của gỗ Mỡ biến tính và không biến tính 71 Biểu ñồ 4.2. Biểu ñồ biểu diễn ñộ hút nước của gỗ Mỡ biến tính và không biến tính 72 Biểu ñồ 4.3. Biểu ñồ biểu diễn tỷ lệ tăng thể tích của gỗ Mỡ biến tính và không biến tính 73 Biểu ñồ 4.4. Biểu ñồ biểu diễn tỷ lệ PEG của gỗ Mỡ biến tính tối ưu và gỗ biến tính theo các chế ñộ ngâm khác 76 Hình 5.1. Cấu tạo mặt cắt ngang 77 Hình 5.2. Cấu tạo mặt cắt xuyên tâm 77 Hình 5.3. Cấu tạo mặt cắt tiếp tuyến 77 Hình 5.4. Mặt cắt ngang (ñộ phóng ñại 600 lần) 80 Hình 5.5. Mặt cắt xuyên tâm (ñộ phóng ñại 400 lần) 80 Hình 5.6. Mặt cắt tiếp tuyến (ñộ phóng ñại 600 lần) 80 Hình 5.7. Kínhhiển vi ñiện tử quét SEM (Hitachi S-4800) tại Viện 84 Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hình 5.8: Hình ảnh SEM của mẫu gốc M1 (a,c) ở ñộ phóng ñại 2000 lần và mẫu M2 (b,d) ở ñộ phóng ñại 5000 lần 85 Hình 6.1. Sơ ñồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91
vii DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN BẢNG TRANG Bảng 2.1. Các mức, bước thay ñổi của các thông số thí nghiệm 16 Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm 17 Bảng 2.3. Ma trận các thông số thí nghiệm 17 Bảng 3.1. Tính chất của Polyethylenglycol 51 Bảng 4.1. Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ ñược xử lý PEG 55 Bảng 4.2. Tỷ lệ PEG trong gỗ Mỡ 56 Bảng 4.3. Tỷ lệ co rút theo chiều tiếp tuyến (%) 58 Bảng 4.4. Tỷ lệ co rút xuyên tâm (%) 59 Bảng 4.5. Tỷ lệ co rút theo chiều dọc thớ (%) 61 Bảng 4.6. Tỷ lệ giãn nở theo chiều tiếp tuyến (%) 62 Bảng 4.7. Tỷ lệ giãn nở xuyên tâm (%) 63 Bảng 4.8. Tỷ lệ giãn nở theo chiều dọc thớ (%) 65 Bảng 4.9. Độ ẩm ban ñầu của mẫu gỗ thí nghiệm 68 Bảng 4.10. Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ ñược xử lý PEG 69 Bảng 4.11. Độ hút ẩm của gỗ 70 Bảng 4.12. Độ hút nước của gỗ 71 Bảng 4.13. Tỷ lệ tăng thể tích của gỗ 73 Bảng 4.14. Tỷ lệ PEG (%) 74 Bảng 5.1. Mật ñộ, kích thước của mạch và tia gỗ Mỡ 78 Bảng 6.1. Thành phần hóa học của Gỗ Mỡ 87 Bảng 6.2. Tính chất cơ học của gỗ Mỡ trước và sau khi biến tính 88 Bảng 6.3. Kết quả xác ñịnh chất lượng bám dính của màng trang 89 sức Bảng 6.4. Độ ăn mòn kim loại của mẫu gỗ thí nghiệm 90
1 MỞ ĐẦU Hiện nay khi gỗ mọc nhanh rừng trồng ñang ñược trồng rất nhiều ở các nước trên thế giới thì xu thế nghiên cứu biến tính theo hướng thay ñổi tính chất gỗ có lợi cho người sử dụng là ñiều hết sức cần thiết. Nhu cầu của xã hội về sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất lượng. Trong khi ñó, gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm. Gỗ của nhiều loại cây rừng trồng có ưu ñiểm: sinh trưởng nhanh, có khả năng tái sinh tự nhiên tốt song gỗ mềm, nhẹ tỷ trọng thấp hơn nhiều so với một số loài gỗ rừng tự nhiên, chính vì vậy gỗ rừng trồng ít ñược dùng vào sản xuất hàng mộc dân dụng, ñặc biệt là hàng mộc cao cấp và mỹ nghệ. Do ñó việc nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng là cần thiết và có ý nghĩa chiến lược. Trên thế giới hiện nay, có hai hướng chế biến gỗ ñã ñược khẳng ñịnh là: nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao chất lượng gỗ. Từ cuối thế kỷ XX, các công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy, xẻ hiện ñại ñã phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ. Hiện nay, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tính năng cơ, vật lý gỗ ñã và ñang ñược quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo xu hướng này, hiện có 5 phương pháp biến tính gỗ, ñó là: nhiệt-cơ; nhiệt-hoá-cơ; hoá-cơ; hoá học và bức xạ-hoá học. Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt và không nén chặt. Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỷ trọng, polyme hoá. Mục ñích của các phương pháp trên ñều nhằm nâng cao khối lượng thể tích và ñộ bền của gỗ. Trong mấy năm gần ñây ngành công nghiệp chế biến gỗ của Việt Nam ñã có những bước phát triển vượt bậc; sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam ñã có mặt trên thị trường của 120 nước trên thế giới. Kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ năm 2006 ñạt 1,93 triệu USD; năm 2007 ñạt 2,4 tỷ USD; năm 2008
2 ñạt 2,8 tỷ USD; năm 2009 ñạt 2,7 tỷ USD; và dự kiến năm 2010 ñạt 3 tỷ USD (Nguồn VnEconomy 19/11/2009). Hiện nay, ñồ gỗ ñược xem như là mặt hàng xuất khẩu chủ lực và ñược xếp vào 16 mặt hàng trọng ñiểm xúc tiến thương mại Quốc gia. Thực hiện chỉ thị số 19/1999/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 16 tháng 7 năm 1999 về việc thực hiện các biện pháp ñẩy mạnh tiêu thụ gỗ rừng trồng và chỉ thị số 19/2004/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 01 tháng 6 năm 2004 về một số giải pháp phát triển ngành chế biến gỗ và xuất khẩu sản phẩm gỗ; ngành chế biến gỗ Việt Nam và các nghành kinh tế liên quan ñã tích cực, chủ ñộng tìm kiếm nguyên liệu, cải tiến công nghệ, thiết bị … ñể ñẩy mạnh phát triển sản xuất và xuất khẩu ñồ gỗ. Tuy nhiên khó khăn hiện nay của Việt Nam là vấn ñề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập khẩu 80% nguyên liệu, trong ñó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm tỷ lệ rất lớn. Nhưng trong tương lai gần nhập gỗ càng khó khăn vì nhiều nước ở nhiệt ñới sẽ cấm xuất khẩu gỗ. Trong khi ñó, với nỗ lực của các chương trình trồng rừng, chúng ta ñã có ñược một sản lượng lớn gỗ rừng trồng. Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ rất lớn, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm phục vụ chế biến sản phẩm mộc truyền thống, mộc xây dựng, mộc cao cấp ngày càng hiếm, vì vậy việc nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng là yêu cầu cấp bách ñặt ra. Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu ñể nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới ñể thay thế gỗ rừng tự nhiên, chúng tôi thực hiện luận án: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học”. Đối tượng nghiên cứu của luận án là: gỗ Mỡ rừng trồng ở tuổi 15 và hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) dùng ñể ngâm mẫu gỗ. Mỡ là loại gỗ
3 có cấu tạo ñồng nhất, dể sấy, dễ gia công; thớ gỗ thẳng, dễ ngâm tẩm, bảo quản, khối lượng thể tích nhỏ, phù hợp làm nguyên liệu cho ván ghép thanh, phôi mộc và ñang ñược trồng tương ñối phổ biến tại Việt Nam. Hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) là một cao phân tử có phân tử lượng tương ñối thấp do ñó khi ngâm tẩm hóa chất dễ dàng thấm vào gỗ. Phạm vi nghiên cứu: trong khuôn khổ luận án chúng tôi nghiên cứu tính ổn ñịnh kích thước của gỗ Mỡ rừng trồng (gỗ ở tuổi 15) khi ta ngâm mẫu gỗ trong dung dịch hóa chất Polyethylenglycol (PEG-600). Địa ñiểm lấy mẫu gỗ Mỡ nghiên cứu: tại Tỉnh Tuyên Quang, ñây là nơi trồng nhiều Gỗ Mỡ nhất tại Việt Nam. Ý nghĩa khoa học Ứng dụng lý thuyết biến tính gỗ theo phương pháp hoá học, góp phần làm sáng tỏ hơn cơ sở khoa học và công nghệ của sản phẩm gỗ Mỡ biến tính có tính ổn ñịnh kích thước cao hơn gỗ nguyên. Ý nghĩa thực tiễn Những kết quả nghiên cứu của luận án góp phần tạo ra một loại gỗ Mỡ biến tính có ñộ ổn ñịnh kích thước cao hơn so với gỗ Mỡ tự nhiên và ñề xuất ñược các bước cơ bản của qui trình công nghệ biến tính gỗ Mỡ rừng trồng bằng PEG.
4 Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ 1.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ 1.1.1. Trên thế giới Từ những năm 30 thế kỷ trước, các nhà khoa học Nga, Đức…ñã nghiên cứu và công bố tài liệu nói về gỗ biến tính. Các nhà khoa học ñã dùng phương pháp vật lý, hóa học hay kiêm dụng cả hai loại ñể xử lý gỗ, làm cho chất xử lý thấm ñọng vào trong vách tế bào, hoặc làm phát sinh mối liên kết giao nhau giữa các thành phần của gỗ, từ ñó làm cho mật ñộ của gỗ tăng lên, cường ñộ của gỗ cũng ñược nâng cao, như vậy gọi là cường ñộ hóa gỗ [31, tr.13]. Để khắc phục nhược ñiểm của phương pháp biến tính gỗ bằng phương pháp nhiệt cơ, các nhà khoa học ñã nghiên cứu và ñưa vào trong gỗ một số chất hóa học nhằm ổn ñịnh hình dạng và kích thước sản phẩm ñồng thời cũng tăng cường ñộ chịu lực của gỗ biến tính. Một trong những loại hình sản phẩm ñơn giản nhất khi sử dụng hóa chất là gỗ ngâm tẩm. Đó là kiểu biến tính gỗ khi ngâm ngập gỗ trong dung dịch hóa chất, sau ñó sấy ñể loại bỏ bớt nước rồi gia nhiệt cho keo ñóng rắn lại tạo sản phẩm không thấm nước. Loại hình này có ưu ñiểm rất rõ là hệ số co giãn kích thước nhỏ nhưng lại tốn hóa chất. Theo tác giả V.E. Vikhrov sẽ thu ñược kết quả rất tốt khi sử dụng nhựa P-F ñể ngâm gỗ, sau ñó trùng ngưng vật liệu này. Các nhựa hòa tan trong nước này sẽ dịch chuyển vào các cấu trúc của các mao quản và khe hở giữa các vách tế bào gỗ, khi ñó gỗ sẽ ở trạng thái trương nở nhiều nhất. Gỗ ñược tẩm các nhựa hòa tan trong nước sẽ giữ ñược ổn ñịnh kích thước khi nhúng gỗ vào trong nước, khi ñó sẽ làm tăng khả năng bền vững với acid và làm tăng ñộ cứng. Theo tác giả Z.A. Rogovin, khi tẩm gỗ với các nhựa tổng hợp sẽ ñạt ñược các kết quả khả quan và cũng có nhiều loại hợp chất khác nhau ñể lựa chọn hợp lý cho yêu cầu sản phẩm.
5 G.L.Angendorf (1982) ñã ñề xuất hàng loạt phương pháp biến tính gỗ. Ví dụ: dung dịch Urea-Formadehyde có khối lượng phân tử thấp ñược tẩm vào gỗ với áp lực nhất ñịnh, sau ñó nó ñược trùng hợp ở nhiệt ñộ không nhỏ hơn 106-1100C trong môi trường dòng ñiện cao tần. Gỗ biến tính ñược dùng trong công nghệ ñóng tàu thuyền. V.M.Khrulev, tại Trường Đại học Công nghệ Belarutxia ñã ñề xuất qui trình công nghệ biến tính gỗ bằng nhựa tổng hợp Phenol-Formadehyde- furfural, tạo ra sản phẩm gỗ biến tính có một loạt tính chất cơ lý và một số tính chất khác cao hơn so với gỗ nguyên liệu. Các nước phát triển ñã sử dụng nhiều phương pháp từ ñơn giản ñến phức tạp ñể hoá dẻo gỗ trước khi (hoặc ñồng thời) nén ép ñịnh hình như: hấp luộc; gia nhiệt cao tần; gia nhiệt sóng ngắn (phổ biến tại Nhật Bản và hiệu quả hoá mềm rất tốt); xử lý bằng chất hoá học bằng kiềm như: amoniac, urea. Stamm là người ñầu tiên sử dụng amoniac ñể hoá mềm gỗ vào năm 1955. Phương pháp này có ưu ñiểm hoá mềm triệt ñể hầu như tất cả các loại gỗ lá rộng; thời gian ngắn, áp lực nén thấp, ít phế phẩm và tỷ lệ phục hồi nhỏ. Các nhân tố ảnh hưởng ñến mức ñộ hoá mềm gỗ gồm: thời gian, nhiệt ñộ, áp lực ngâm tẩm, biện pháp xử lý sau khi hoá dẻo, và loại gỗ. Các tính chất của gỗ thay ñổi sau khi ñược hoá mềm bằng amoniac và sau quá trình nén ép với mức ñộ khác nhau, nhưng chưa ñược nghiên cứu ñầy ñủ mang tính hệ thống [31, tr.134]. Cường ñộ hóa gỗ do H.S. Chmidt người Đức nghiên cứu và ñưa vào sản xuất năm 1930. Phương pháp này thích hợp với loại gỗ mạch vòng thuộc loại gỗ giác: ép một miếng kim loại vào ñầu mẫu gỗ, rồi ñặt mẫu vào thiết bị áp lực, ở dưới ñáy của thiết bị ñã có kim loại phải xử lý. Đưa thiết bị vào trong lò (có kích thước 0.3 x 5 x 5m) và ñóng thiết bị lại rồi hút chân không, tăng nhiệt ñộ lên 130-1500C, kim loại nóng chảy, gỗ bị dìm xuống dưới mặt
6 kim loại nóng chảy. Sau ñó loại bỏ chân không rồi tăng áp lên tới 4-16.6 MPa, duy trì thời gian xử lý trong khoảng 20-60 phút, loại bỏ áp suất, mở thùng, làm lạnh trước khi kim loại ñóng rắn rồi lấy mẫu ra, cạo sạch kim loại dính trên bề mặt, nhiệt ñộ xử lý khoảng 2000C, áp suất xử lý: 0.35 MPa. Do ñặc ñiểm ñó khối lượng thể tích tăng rất lớn, ñặc biệt là ñộ cứng tĩnh và khả năng chống cháy [31, tr.40]. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, người ta sử dụng gỗ cường hóa làm ổ ñỡ chân vịt tàu thủy. Sau khi ñưa vào gỗ một số cao phân tử phân tử lượng thấp hoặc cacbua hydro không bão hòa có cầu ñôi. Lợi dụng năng lượng của tia chiếu xạ, chất xúc tác gia nhiệt mà làm cho các hóa chất trên kết hợp với gỗ và ñóng rắn lại, gỗ ñược làm như vậy gọi là gỗ polyme phức hợp (viết tắt là WPC). WPC so với gỗ nguyên thì tính ổn ñịnh kích thước rất cao. Các loại chỉ tiêu: cường ñộ (ñộ rắn, ép, chịu mài mòn) ñều tăng lên rất nhiều, ngoại quan ñẹp, bảo dưỡng ñơn giản, bền lâu là vật liệu kiến trúc tốt. Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ) ñã dùng tia γ chiếu xạ gây phản ứng ña tụ ở các ñơn thể tẩm vào trong gỗ tạo nên sản phẩm chất lượng cao WPC, sau ñó nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học ñã sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau trong ñó có cả năng lượng nguyên tử vào mục ñích này. Năm 1965, trong hội thảo chuyên ñề ở New York các nhà khoa học Mỹ ñã giới thiệu thành tựu ñưa chất dẫn ñể tẩm gỗ và dùng xúc tác gia nhiệt ñể sản xuất gỗ WPC [31, tr. 82]. Năm 1968, công ty hóa chất ARCO của Mỹ ñã dùng tia γ bức xạ WPC. Sản phẩm này chủ yếu dùng làm sàn, chịu mài mòn cao, có ñộ cứng cao. Ván sàn loại này không cần trang sức và rất khó cháy, thích hợp với nơi công
7 cộng, ñông người như: ga tàu ñiện ngầm, phòng ñợi, sân bay, siêu thị, sàn nhảy, khách sạn cao cấp. Tuy giá thành nó cao nhưng tuổi thọ gấp 9-11 lần gỗ nguyên liệu. Từ năm 1970 Mỹ ñã có 3 công ty dùng bức xạ ñể sản xuất WPC, hình thành hệ thống công nghiệp sản xuất WPC tạo ra hơn 100 loại hình sản phẩm. Gần ñây, WPC ñã vượt quá con số 2 triệu m2. Ở Pháp, các nhà khoa học dùng bức xạ γ ñể sản xuất WPC có tính ổn ñịnh cao, giá thành sản phẩm giảm tới 40%. Ở Anh, WPC dùng làm cán dao, nhạc cụ, dụng cụ thể thao. Ở Tây Ban Nha sử dụng WPC làm thoi dệt rất thành công. Ở Ba Lan dùng WPC làm miếng ñệm ở tà vẹt, ñưa khả năng chịu chịu xung kích lớn gấp mấy chục lần so với gỗ nguyên liệu. Năm 1984, Học viện Công Nghiệp Rừng Hoa Đông và Nhà máy gỗ Thượng Hải sản xuất WPC bằng cây gỗ lá rộng dùng cho ñiêu khắc cũng ñạt kết quả tốt. Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc tiến hành WPC bằng gỗ Keo trắng cũng cho kết quả tốt. Việc nghiên cứu WPC ở Trung Quốc vẫn còn những hạn chế nhất ñịnh do giá thành cao và khống chế quá trình phản ứng chưa triệt ñể, nên việc mở rộng sản xuất WPC còn gặp nhiều khó khăn. Tại Canada, Phần Lan, Thụy Điển, Nam Mỹ… cũng ñã xây dựng hàng loạt các công xưởng nhà máy sản xuất WPC dùng chiếu xạ γ ñể sản xuất vật liệu xây dựng cung cấp cho nước mình, họ ñã sản xuất hàng loạt ván sàn WPC mang tính hàng hóa. Tại Ý một số nhà máy ñã dùng Styrene làm ñơn chất ñể mỗi ngày sản xuất ñược 3m3 WPC dùng làm cúc áo, ñiện thoại và các sản phẩm khác. Từ xa xưa, con người ñã biết dùng Polyethylenglycol ñể bảo quản gỗ. Gỗ ñược ngâm tẩm quét Polyethylenglycol (PEG) rất có hiệu quả làm giảm sự
8 trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong vênh, nứt vỡ do nguyên nhân trên gây nên. Polyethylenglycol ñược sử dụng rộng rãi trong việc bảo quản gỗ cổ xưa. Ví như, gỗ cổ xưa bị chôn vùi dưới sông băng hơn 3 vạn năm tại Mỹ - Gỗ tàu thuyền của chiến hạm Wasa bị chìm ñắm tại cảng Thụy Điển, quần thể kiến trúc tại các ñền cổ của Nhật Bản, tất cả ñều ñược xử lý bảo quản bằng PEG mà hiệu quả mỹ mãn. Mấy năm gần ñây Trung tâm kỹ thuật bảo hộ văn vật của tỉnh Thiểm Tây - Trung Quốc cũng ñã triển khai nghiên cứu về phương diện này. Stamm ñã nghiên cứu sự dán dính của ván mỏng ñược xử lý bằng dung dịch polyetylenglycol (PEG-1000) với những nồng ñộ khác nhau ñối với các loại keo dán ñã kết luận như sau: tính trang sức của gỗ xử lý PEG-1000 kém hơn gỗ chưa xử lý, ñặc biệt là khi dùng chất phủ có dung môi bay hơi - nitrocellulose, polyetylenglycol ñóng vai trò tác dụng như là một dung môi làm cho sự khô ñóng rắn của màng chất phủ bị phá hoại [31, tr.57]. Với gỗ Vân Sam Bắc Mỹ ñược xử lý bằng dung dịch PEG-1000 tan trong nước với các loại nồng ñộ dùng nấm Lenzilestrebea cấy thí nghiệm trên mẫu tiêu chuẩn tiến hành trong 3 tháng khi tỷ lệ tồn ñọng của PEG lớn hơn 18% do thành phần nước hút vào PEG sự lớn lên của nấm phá hoại gỗ nhất thiết cần có nước sinh lý trong tế bào trở nên ít mà gỗ ñược xử lý không phát sinh hiện tượng phá hoại [31, tr.58]. 1.1.2. Trong nước Việc nghiên cứu sử dụng các sản phẩm gỗ biến tính ở Việt Nam ñến nay vẫn còn ở mức ñộ phòng thí nghiệm. Những năm 60 của thế kỷ XX, Nhà máy gỗ Cầu Đuống ñã sản xuất sản phẩm tay ñập và thoi dệt từ ván mỏng dán ép nhiều lớp, có thể coi ñây là sản phẩm gỗ biến tính ñầu tiên ở Việt Nam, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ.
9 Cuối những năm 1980, Nguyễn Trọng Nhân và các cộng sự ở Viện Công Nghiệp Rừng (Viện KHLN Việt Nam ngày nay) ñã nghiên cứu tẩm dung dịch Phenolformaldehyd và nén ép với tỷ suất nén 40-45% nhằm biến tính gỗ Vạng Trứng ñể làm thoi dệt, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ. Kết quả ñã nâng cao ñộ bền cơ học, ñộ cứng gấp 2-3 lần gỗ nguyên. Vũ Huy Đại và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm Nghiệp ñã nghiên cứu ảnh hưởng của ñơn yếu tố tỷ suất nén ñến một số tính chất của gỗ biến tính. Trần Văn Chứ và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp trong Đề tài Khoa học Công nghệ cấp bộ (2005): “nghiên cứu công nghệ và thiết bị biến tính gỗ có khối lượng riêng thấp thành nguyên liệu chất lượng cao”, ñã nghiên cứu quy trình biến tính gỗ bằng PEG-1000 ñối với 4 loại gỗ: Bồ ñề, Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: các loại gỗ trên sau khi ñược xử lý bằng dung dịch PEG-1000 thì tỷ lệ co rút ñều giảm rõ rệt và tính chất cơ học của gỗ thì có ảnh hưởng không nhiều. Phạm Văn Chương và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp trong Đề tài Khoa học Công nghệ cấp bộ (2005): “Nghiên cứu sự thay ñổi của tính chất vật lý, cơ học, hoá học của gỗ Sa Mộc và gỗ Mỡ theo tuổi cây làm cơ sở cho việc sử dụng hai loại gỗ này trong công nghiệp sản xuất ván ghép thanh”, ñã nghiên cứu một cách rất cơ bản về tính chất vật lý, cơ học, hoá học của gỗ Sa Mộc và gỗ Mỡ. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Gỗ Mỡ phù hợp cho nhiều mục ñích sử dụng như: sản xuất ñồ mộc, ván nhân tạo, bột giấy…Tuy nhiên về ñặc tính công nghệ và tính năng sử dụng, gỗ Mỡ còn một số tồn tại như: cấu tạo không ñều theo phương bán kính làm cho gỗ dễ bị biến dạng trong quá trình sử dụng, gỗ rất dễ bị nấm, mốc phá hoại, ñộ bền tự nhiên thấp.
10 1.2. NHẬN XÉT RÚT RA TỪ TỔNG QUAN Công nghệ biến tính gỗ ñã phát triển khá lâu ở nước ngoài. Do tính ổn ñịnh kích thước tốt, tính chất cơ học, chịu mài mòn và chịu uốn cũng vậy nên gỗ biến tính ñược sử dụng rộng rãi và thực tế một số nước như: Mỹ, Pháp, Đức, Ba Lan, Canada… ñã nghiên cứu và tạo ra những sản phẩm gỗ biến tính có chất lượng ñáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của một số ngành: vật liệu kiến trúc, vật liệu công nghiệp, ñồ mộc và công nghệ phẩm, dụng cụ văn thể... Việc sử dụng polyetylenglycol ñể bảo quản gỗ ñã ñược áp dụng từ lâu trên thế giới và rõ ràng tác dụng bảo quản gỗ bằng PEG có những ưu ñiểm nổi trội: làm giảm sự trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong vênh, nứt vỡ [31, tr.54], nhưng trên thế giới cũng chưa có nhiều công trình chuyên sâu vào nghiên cứu, ñánh giá tác ñộng của PEG ñối với gỗ. Tại Việt Nam, các nghiên cứu của các tác giả nêu trên về tác ñộng của PEG vào một số loại gỗ nghiên cứu cũng ñơn thuần dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, tài liệu về biến tính gỗ bằng PEG không nhiều, cơ chế và bản chất của quá trình biến tính hoá học bằng PEG vẫn còn là vấn ñề chưa rõ. Do ñó ñể áp dụng vào thực tế sản xuất tạo ra các loại gỗ biến tính (bằng cách ngâm tẩm PEG) tại Việt Nam là vấn ñề cần phải nghiên cứu bài bản và ñi sâu hơn. Luận án: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học” với mục ñích là nâng cao ổn ñịnh kích thước cho gỗ Mỡ rừng trồng ñể từ ñó nâng cao giá trị sử dụng của loại cây này là một vấn ñề hết sức cần thiết và có ý nghĩa.