Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Độ bền sinh học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Độ bền sinh học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ" được nghiên cứu nhằm có được những căn cứ khoa học xác đáng, thúc đẩy những nghiên cứu khoa học và thực tiễn về phát triển công nghệ xử lý nhiệt nói chung và xử lý nhiệt – cơ nói riêng cho ngành Công nghệ gỗ, mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu, đa dạng hóa loại hình sản phẩm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Độ bền sinh học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THỊ TUYÊN ĐỘ BỀN SINH HỌC CỦA GỖ SA MỘC (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP NHIỆT – CƠ Ngành: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản Mã số: 9549001 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS. Phạm Văn Chƣơng 2. TS. Vũ Kim Dung Hà Nội – 2023
Luận án được hoàn thành tại: Trường Đại học Lâm Nghiệp 2 rưtruờng Đại học Lâm nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: GS.TS. Phạm Văn Chương. Hướng dẫn 2: TS. Vũ Kim Dung Phản biện 1:………………………………………………… Phản biện 2:………………………………………………… Phản biện 3:…………………………………………………… Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: ............................................................................................................................ Vào hồi………..giờ..............ngày..............tháng...........năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia và Thư viện trường Đại học Lâm nghiệp
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 3 1. Nguyễn Thị Tuyên, Phạm Văn Chương, Vũ Kim Dung, Nguyễn Việt Hưng, Trần Đức Hạnh (2023), Resistance of Cunninghamia lanceolata Wood Against White-rot Fungi by Using Thermo-Mechanical Treatment, Journal of Agriculture and Crops, 9 (2), pp 178-186 (Scopus). 2. Nguyễn Thị Tuyên, Phạm Văn Chương, Vũ Kim Dung, Trần Đức Hạnh, Nguyễn Việt Hưng, Đặng Thị Thu Hà (2022), Khả năng kháng nấm mục nâu (Coniophora puteana) của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phương pháp nhiệt – cơ, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, Kỳ 2, tháng 12/2022, tr 94-101 3. Nguyễn Thị Tuyên, Phạm Văn Chương, Nguyễn Việt Hưng (2022), Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến tính chất vật lý và cơ học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook), Tạp chí khoa học và công nghệ Lâm nghiệp, số 7, Tr 101- 111.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trên thế giới, phương pháp biến tính nói chung, phương pháp xử lý nhiệt – cơ nói riêng đã phát triển, ở Việt Nam xử lý nhiệt - cơ cho gỗ vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Vì thế để nâng cao chất lượng, sử dụng gỗ hợp lý với chi phí không lớn, không gây ô nhiễm môi trường, mục tiêu của hướng nghiên cứu lựa chọn một loại gỗ rừng trồng đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta với nhiều ưu điểm về tốc độ sinh trưởng, màu sắc, trữ lượng... để xử lý bằng phương pháp nhiệt – cơ. Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook.) là loài cây mọc nhanh, nhất là 20 năm đầu, thân thẳng. Là cây mọc tự nhiên ở miền Trung và Nam Trung Quốc từ độ cao 500-1800m so với mực nước biển. Ở Việt Nam có xuất hiện nhiều ở các tỉnh biên giới phía Bắc Việt Nam như: Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái, Lạng Sơn. Gỗ Sa mộc có màu vàng nhạt, thơm, nhẹ, dễ chế biến, thớ thẳng, gỗ được xếp vào loại gỗ có khả năng kháng nấm gây mục ở mức độ trung bình. Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về xử lý nhiệt - cơ cho gỗ rừng trồng và tập trung đánh giá về độ bền cơ học, tính chất vật lý… Tuy nhiên chưa có công trình nào nghiên cứu sâu về độ bền sinh học của gỗ nói chung và gỗ Sa mộc nói riêng. Để có cơ sở cho những nghiên cứu về nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ, việc nghiên cứu, phân tích bản chất mối quan hệ giữa chế độ xử lý nhiệt - cơ và độ bền sinh học của gỗ là mới và cần thiết. Với sự nâng cao nhận thức về môi trường, nhiều công trình nghiên cứu xử lý để kéo dài tuổi thọ của gỗ được thực hiện. Tuy nhiên, rất ít công trình nghiên cứu về xử lý nhiệt - cơ cho gỗ Sa mộc. Đặc biệt mối quan hệ giữa chế độ xử lý nhiệt - cơ với độ bền sinh học của gỗ. Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Độ bền sinh học của gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook) xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt – cơ”, nhằm có được những căn cứ khoa học xác đáng, thúc đẩy những nghiên cứu khoa học và thực tiễn về phát triển công nghệ xử lý nhiệt nói chung và xử lý nhiệt – cơ nói riêng cho ngành Công nghệ gỗ, mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu, đa dạng hóa loại hình sản phẩm.
2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái niệm xử lý gỗ bằng phƣơng pháp nhiệt - cơ Xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt - cơ là kỹ thuật làm tăng mật độ hay nói cách khác là tăng khối lượng riêng của gỗ dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm và nén cơ học 1.2. Tổng quan về nghiên cứu xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt – cơ Xử lý nhiệt - cơ giúp cải thiện đáng kể độ bền của gỗ. Đặc biệt gỗ xử lý nhiệt - cơ rất thân thiện với môi trường. Với những ưu điểm mà nó mang lại, xử lý nhiệt – cơ cho gỗ đã được các nhà khoa học trên thế giới cũng như Việt Nam quan tâm nghiên cứu. 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Biến tính gỗ đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp tại nhiều nước trên thế giới. Các tham số chủ yếu của công nghệ biến tính nhiệt - cơ, gồm: Nhiệt độ, độ ẩm, thời gian hoá dẻo và chế độ nén ép (nhiệt độ, tỷ suất nén, thời gian nén), chế độ xử lý sau nén (nhiệt độ, thời gian). 1.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Tại Việt Nam đã có công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến độ bền sinh học của gỗ, tuy nhiên chưa nghiên cứu sâu và chưa nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này 1.3. Nghiên cứu về ảnh hƣởng của xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của xử lý nhiệt - cơ đến độ bền sinh học của gỗ Theo các kết quả nghiên cứu, việc tăng nhiệt độ xử lý nhiệt có tác dụng ức chế đối với nấm mục nâu và mục mềm, ngoại trừ nhiệt độ xử lý dưới 120 oC. Lý do chính là sự thay đổi hóa học của các polyme thành tế bào do xử lý nhiệt - cơ là nguyên nhân ngăn ngừa sự tấn công của nấm. Một lý do khác là việc giảm thể tích gỗ và độ xốp của thành tế bào đã ngăn cản sự xâm nhập của sợi nấm và các enzyme phân hủy của chúng vào các khoang tế bào hoặc các vi tế bào của thành tế bào . Xử lý nhiệt – cơ làm thay đổi thành phần hoá học trong gỗ, sự thay đổi này làm cho các tính chất của gỗ thay đổi, như: Độ ẩm cân bằng, độ ổn định kích thước, độ bền tự nhiên/ độ bền sinh học, tính chất cơ học, khả năng dán dính và trang sức.
3 Xử lý nhiệt - cơ của gỗ làm thay đổi thành phần hóa học của nó, làm cho nó kỵ nước và tạo thành một chất nền không phù hợp cho các enzyme nấm, khiến cho việc tấn công bởi các enzyme nấm trở nên khó khăn. Tăng nhiệt độ xử lý tạo nên một loạt các thay đổi hóa học trong các polyme của thành tế bào, hầu hết các hợp chất biến đổi, chẳng hạn như furfural, axit axetic, axit formic độc hại với nấm, những hợp chất này ngăn vi sinh vật hoạt động trong gỗ hoặc thậm chí chúng có tác dụng như vật liệu diệt khuẩn. 1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam về ảnh hưởng của xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt - cơ đến độ bền sinh học của gỗ Tại Việt Nam đã có công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến độ bền sinh học của gỗ, tuy nhiên chưa nghiên cứu sâu và chưa nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này. 1.4. Kết luận rút ra từ tổng quan Qua tìm hiểu các công trình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt – cơ, chúng tôi đưa ra một số kết luận như sau: 1.4.1. Ưu nhược điểm của xử lý nhiệt - cơ Ưu điểm - Xử lý gỗ bằng phương pháp nhiệt – cơ là công nghệ biến tính gỗ thân thiện với môi trường, gây ít tác hại đến môi trường nhất; - Gỗ xử lý nhiệt-cơ với nhiệt độ và áp suất phù hợp sẽ có nhiều ưu điểm vượt trội so với gỗ chưa xử lý: Tính chất vật lý có sự thay đổi như theo hướng tích cực: Khối lượng riêng tăng lên, khả năng chống hút nước và độ ổn định kích thước tốt hơn; Khả năng phòng chống sinh vật hại gỗ tốt hơn so với gỗ chưa xử lý. Tính chất cơ học của gỗ được cải thiện rõ rệt so với trước khi xử lý; Khi tăng tỷ suất nén gỗ, độ bền của gỗ sẽ tăng lên mà không phụ thuộc vào phương pháp nén; Nhược điểm Bên cạnh những ưu điểm thì xử lý nhiệt-cơ có một số hạn chế: chất lượng gỗ nén phụ thuộc rất nhiều vào quá trình làm mềm trước khi nén ép và lựa chọn thông số áp suất ép, việc tính toán các thông số chế độ ép luôn thay đổi theo loại gỗ, kích thước gỗ trước và sau nén, độ ẩm… nên rất dễ xảy ra sai sót trong quá trình nén gỗ: - Gỗ có thể đàn hồi trở lại nếu vấn đề xử lý nhiệt không tốt; - Gỗ có thể bị dập, vỡ nếu áp suất ép lựa chọn không tốt, phương chiều nén không đúng và quá trình làm mềm hóa gỗ không đủ…. 1.4.2. Các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của xử lý nhiệt-cơ đến
4 độ bền sinh học của gỗ Một số nghiên cứu đã đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian nén đến tính chất cơ lý và độ bền sinh học của gỗ xử lý nhiệt– cơ; Rất ít công trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng đồng thời của 3 yếu tố nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén đến chất lượng gỗ xử lý nhiệt- cơ, đặc biệt là độ bền sinh học của gỗ xử lý nhiệt - cơ. 1.4.3. Khoảng trị số (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) các công trình đã công bố Nhiệt độ - Khoảng nhiệt độ đã được các tác giả nghiên cứu: 70 đến 260 oC; - Nhiệt độ nén gỗ nằm trong khoảng từ 100-150 oC ảnh hưởng không nhiều đến tính chất cơ lý và độ bền sinh học của gỗ; - Nhiệt độ nén gỗ trên 150 oC sự ảnh hưởng bắt đầu rõ nét. Nhiệt độ biến tính tốt nhất nằm trong khoảng 150-220 oC; - Nhiệt độ hóa dẻo gỗ nằm trong khoảng từ 70 oC đến 158 oC; - Trị số Tg tại tâm của một số loại gỗ khoảng 62 đến 79 oC Thời gian - Thời gian nén ép nằm trong khoảng 0,5-5 phút/mm chiều dày; Tỷ suất nén - Tỷ suất nén phụ thuộc vào đặc tính rỗng xốp của gỗ nhưng không nên lựa chọn tỷ suất nén vượt quá 100%. - Các công trình đã công bố chủ yếu nghiên cứu ở tỷ suất nén từ 10% đến 60% Một số công trình nghiên cứu về xử lý nhiệt-cơ cho gỗ Sa mộc cho thấy ở nhiệt độ 160°C trở lên làm tăng độ dẻo của lignin tại chỗ, nhiệt độ thay đổi dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc hóa học của hemicelluloses, cellulose và lignin của Sa mộc. 1.4.4. Định hướng nghiên cứu của luận án Từ kết quả của các công trình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt nam có thể khẳng định: Gỗ xử lý nhiệt–cơ có ảnh hưởng tích cực đến độ bền sinh học của gỗ. Chính điều này chúng tôi tiến hành nghiên cứu độ bền sinh học của gỗ Sa mộc xử lý bằng phương pháp nhiệt – cơ nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển hướng công nghệ xử lý gỗ thân thiện với môi trường góp phần cho những nghiên cứu về độ bền sinh học của gỗ xử lý nhiệt – cơ, nâng cao giá trị sử dụng gỗ rừng trồng và giảm thiểu sử dụng hóa chất trong công nghiệp bảo quản gỗ (tính mới, có kế thừa) 1.4.5. Cách tiếp cận nghiên cứu Chúng tôi nghiên cứu xử lý nhiệt – cơ với các mức nhiệt độ, thời gian
5 và tỷ suất nén khác nhau vì các tham số này ảnh hưởng đến độ bền của gỗ xử lý nhiệt – cơ trong đó có độ bền sinh học. Nhiệt độ, thời gian và tỷ suất nén khác nhau sẽ dẫn đến sự khác nhau về tính chất vật lý, cơ học và hóa học. Đó là cơ sở khoa học cho những đề xuất về kỹ thuật xử lý gỗ nhằm nâng cao độ bền sinh học của gỗ. 1.5. Mục tiêu nghiên cứu 1.5.1. Mục tiêu tổng quát Cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển hướng công nghệ xử lý gỗ thân thiện với môi trường nhằm nâng cao giá trị sử dụng gỗ rừng trồng và giảm thiểu sử dụng hóa chất trong công nghiệp bảo quản gỗ. 1.5.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ xử lý nhiệt - cơ (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) đến độ bền sinh học của gỗ Sa mộc; - Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ xử lý nhiệt - cơ (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Sa mộc. 1.6. Đối tƣợng nghiên cứu của luận án Độ bền sinh học và một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Sa mộc xử lý bằng phương pháp nhiệt -cơ. 1.7. Phạm vi nghiên cứu Các biến số: Nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén Khoảng biến thiên: Để lựa chọn được khoảng biến thiên, chúng tôi căn cứ vào khoảng trị số (nhiệt độ, thời gian, tỷ suất nén) các công trình đã công bố. Nhiệt độ: 160 oC, 180 oC, 200 oC Thời gian: 0,5 phút/mm chiều dày, 0,6 phút/mm chiều dày, 0,7 phút/mm Tỷ suất nén: 30%, 40%, 50% Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu độ bền sinh học của gỗ xử lý nhiệt – cơ thông qua khả năng kháng nấm, khả năng kháng mối. Loại gỗ lựa chọn nghiên cứu: Gỗ Sa mộc Tất cả các công trình nghiên cứu đều khẳng định xử lý nhiệt – cơ có ảnh hưởng đến độ bền sinh học của gỗ. Sa mộc là một loài gỗ nhẹ, dễ gia công, độ bền cơ học rất thấp. Sa mộc được xếp vào loại gỗ có khả năng kháng nấm gây mục ở mức độ trung bình. Hiện nay Sa mộc là một trong những loại gỗ đang được nghiên cứu để
6 sử dụng trong công nghiệp ván nhân tạo ở Việt Nam. Tuy nhiên, những nghiên cứu về nâng cao giá giá trị sử dụng cho Sa mộc chưa nhiều, chưa có công trình nào nghiên cứu về xử lý nhiệt- cơ cho loại gỗ này. Đặc biệt là nghiên cứu về mối quan hệ giữa chế độ xử lý nhiệt-cơ với độ bền sinh học của gỗ. Để có được những căn cứ khoa học xác đáng, cơ sở cho những nghiên cứu về nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ, mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu, đa dạng hóa loại hình sản phẩm, việc nghiên cứu, phân tích bản chất mối quan hệ giữa chế độ xử lý nhiệt- cơ và độ bền sinh học của gỗ Sa mộc là mới, cần thiết và không trùng lặp. 1.8. Ý nghĩa nghiên cứu của luận án 1.8.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học, luận cứ lý thuyết về mối liên hệ giữa xử lý nhiệt - cơ với độ bền sinh học và một số tính chất của gỗ. Kết qủa nghiên cứu của luận án là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ biến tính nhiệt - cơ cho các loại gỗ mọc nhanh rừng trồng có tính chất tương tự gỗ Sa mộc ở Việt Nam. 1.8.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu là cơ sở để xây dựng các quy trình công nghệ xử lý gỗ Sa mộc bằng phương pháp nhiệt - cơ phục vụ cho các mục đích và môi trường sử dụng khác nhau. Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYỂT 2.1. Lý thuyết về gỗ 2.1.1. Cấu trúc của gỗ Gỗ là vật liệu có cấu trúc không đồng nhất, các loại tế bào khác nhau cho thấy sự khác biệt về chức năng. Mạch gỗ đảm nhiệm chức năng dẫn truyền nước và muối khoáng; sợi giữ trò cơ học; các tế bào mô mềm có chức năng lưu trữ, chuyển đổi và dẫn truyền chất dinh dưỡng. Vách tế bào được cấu tạo bởi 3 phần tế bào khác nhau, có thành phần hóa học và sự sắp xếp các vi sợi khác nhau. Năm lớp này là màng giữa, vách sơ sinh và vách thứ sinh (trong vách thứ sinh được chia làm 3 lớp) Cấu trúc vách tế bào là cơ sở lý thuyết giải thích mối quan hệ giữa cấu tạo và tính chất của gỗ, giải thích các hiện tượng phát sinh trong quá trình chế biến, bảo quản gỗ: Hóa dẻo gỗ, sự co rút và giãn nở, khả năng chịu lực, khả năng gia công…
7 2.1.2. Thành phần hóa học của gỗ Gỗ được tổ thành từ các nguyên tố cơ bản như: C, H, O, N, ngoài ra gỗ còn chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khoáng chất. Các hợp chất hóa học cấu tạo nên vách tế bào gỗ có thể được phân làm 2 nhóm: thành phần chủ yếu và thành phần thứ yếu. Thành phần chủ yếu bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin; Các thành phần thứ yếu bao gồm nhựa cây, tannin, tinh dầu, sắc tố, khoáng chất, pectin, protein, hợp chất vô cơ 2.2. Lý thuyết về xử lý nhiệt - cơ 2.2.1. Các chuyển hoá trong gỗ khi xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ Chuyển hoá tinh thể của lignin: chuyển hoá là hiện tượng phổ biến của các vật liệu cao phân tử không định hình, vì không có khả năng tạo thành toàn bộ các hợp chất cao phân tử kết tinh nên không thể hình thành được kết tinh 100%, do đó luôn luôn tồn tại vùng không kết tinh. Khi các chất liệu cao phân tử phát sinh chuyển hoá thuỷ tinh các tính chất vật lý, cơ học đặc biệt là tính chất cơ học có sự thay đổi mạnh mẽ, trong khu vực nhiệt độ chuyển hoá chỉ cần thay đổi nhiệt độ khoảng vài độ thì môđun đàn hồi đã thay đổi 3 - 4 cấp. Lúc này, gỗ từ vật rắn có độ cứng tương đối cao đột nhiên trở thành vật liệu đàn hồi dẻo, hoàn toàn thay đổi tính năng vốn có của vật liệu. Vì thế, chuyển biến thuỷ tinh là một tính chất vô cùng quan trọng của chất cao phân tử. Chuyển hoá tinh thể của vách tế bào: các thành phần của gỗ có thể dẻo hoá bao gồm cellulose, vùng không kết tinh của cellulose và hemicellulose có tác động rất mạnh đến tính trương nở của gỗ. Nước không thể thâm nhập vào vùng kết tinh của cellulose nhưng dung dịch NH3 thì có thể thâm nhập. Từ đó, làm cho bên trong các mixencellulose trương nở. Chính điều đó ta có thể thấy chỉ có thể dẻo hoá các thành phần của vách tế bào bằng hoá chất còn nhiệt độ thì ít có tác dụng. Ta thấy, lignin là một thành phần hết sức quan trọng liên quan đến khả năng dẻo hoá của gỗ. 2.2.2. Sự biến đổi thành phần hóa học và ảnh hưởng của nó đến tính chất gỗ xử lý nhiệt Xử lý nhiệt cho gỗ dẫn đến những thay đổi liên quan đến hóa học trong vật liệu gỗ.. Những thay đổi này bao gồm: - Cải thiện độ ổn định kích thước, tùy thuộc vào điều kiện xử lý; - Giảm khả năng hút ẩm; - Cải thiện khả năng chống lại sự tấn công của vi sinh vật; - Gia tăng mô đun đàn hồi trong các giai đoạn gia nhiệt ban đầu với nhiệt độ giảm sau đó ;
8 - Giảm độ bền va đập, mô đun đứt gãy và khả năng chống gãy- Giảm khả năng chống mài mòn ; - Vật liệu bị sẫm màu . 2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ xử lý bằng phương pháp nhiệt - cơ bao gồm, độ ẩm, tỷ suất nén, nhiệt độ, thời gian, hướng nén 2.3. Một số yếu tố ảnh hƣởng của xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ 2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền sinh học của gỗ Bảo quản gỗ bằng các phương pháp không sử dụng hoá chất hoặc sử dụng chế phẩm bảo quản không độc hại là một trong những cách tiếp cận mới, đã tạo ra một xu hướng trong kỹ thuật bảo quản gỗ và vật liệu gỗ. Dưới tác dụng của nhiệt độ, một số thành phần của gỗ bị biến đổi làm cho tính chất của gỗ biến đổi theo. Xử lý cho gỗ là việc tác động nhiệt vào gỗ để cải thiện tính chất, tính năng của vật liệu theo mục đích sử dụng. Nhiệt làm bay hơi các thành phần gỗ được sử dụng làm nguồn dinh dưỡng cho nấm mục và làm thay đổi cấu trúc gỗ. Gỗ sau khi được nung nóng trong môi trường nhiệt độ cao có khả năng chống phân hủy bởi nấm mục và độ ổn định kích thước tăng lên. Tuy nhiên, tính nhạy cảm với mối vẫn là một vấn đề lớn, vì vậy gỗ xẻ đã qua xử lý nhiệt không thích hợp cho các khu vực có mối, hoặc cho các ứng dụng tiếp xúc hoặc tiếp xúc với mặt đất. Hơn nữa, tùy thuộc vào quá trình sử dụng, gỗ bị giảm một số tính chất cơ học và do đó không thích hợp cho các ứng dụng kết cấu quan trọng. 2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ suất nén đến độ bền sinh học của gỗ Khi nén gỗ, mật độ gỗ tăng, khối lượng riêng và độ cứng tăng lên làm hạn chế sự tấn công của các loại côn trùng, mặt khác lượng ôxi trong gỗ ít đi tạo điều kiện bất lợi cho sự phát triển của nấm. Ở nhiệt độ và thời gian nhất định, tỷ suất nén càng cao cho khả năng kháng nấm càng tốt. 2.4. Nấm hại gỗ Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm bao gồm: Dinh dưỡng, độ ẩm của gỗ, nhhiệt độ, ánh sáng, độ pH, Oxy trong gỗ.
9 Chƣơng 3 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Nội dung nghiên cứu 3.1.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ Sa mộc 3.1.1.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc - Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc qua tỉ lệ hao hụt khối lượng; - Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc qua quan sát bằng kính hiển vi điện tử (SEM). 3.1.1.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mục nâu của gỗ Sa mộc - Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng nấm mục nâu của gỗ Sa mộc qua tỉ lệ hao hụt khối lượng; - Ảnh hưởng của các thông số xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mục nâu của gỗ Sa mộc qua quan sát bằng kính hiển vi điện tử (SEM). 3.1.1.3. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mốc của gỗ Sa mộc - Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mốc của gỗ Sa mộc; - Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến thành phần hóa học; 3.1.1.4. Thành phần hóa học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ 3.1.1.5. Thành phần hóa học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ sau khi thử nghiệm với nấm 3.1.1.6. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng mối của gỗ Sa mộc 3.1.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Sa mộc - Một số tính chất vật lý, gồm: Độ ẩm, khối lượng riêng, khả năng chống hút nước; - Một số tính chất cơ học, gồm: Độ bền nén dọc thớ, độ bền uốn tĩnh. 3.2. Vật liệu nghiên cứu 3.2.1. Chủng nấm, loài mối Chủng nấm: Nấm thử nghiệm bao gồm 03 chủng nấm mục trắng (Lentinula edodes , Ganoderma lucidum, Trametes versicolor), 01 chủng nấm mục nâu (Coniophora puteana M1), 01 chủng nấm mốc (Aspergillus
10 niger). Đây là các chủng nấm đã được phân lập và tuyển chọn. Các chủng nấm được cung cấp bởi Bộ môn Công nghệ Vi sinh – Hóa sinh, Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam. Chủng nấm dùng trong thử nghiệm được nuôi cấy và phát triển trong môi trường Potato Dextrose Agar (PDA) ở 25±2 °C cho đến khi lớp sợi nấm phủ kín các bình nuôi cấy. Loài mối: Mối gôc ẩm (Coptotermes gestroi) được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm Côn trùng, Bộ môn Bảo quản, Viện Công nghiệp rừng, Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 3.2.2. Mẫu gỗ Gỗ Sa mộc 15 tuổi được trồng tại huyện Bắc Hà- tỉnh Lào Cai: Gỗ Sa mộc dạng tấm được sấy khô ở nhiệt độ 70 °C đến độ ẩm 11-14 % và xử lý ở các tỷ lệ nén, nhiệt độ và thời gian nén khác nhau, kí hiệu từ TN1- TN20 (bảng 3.1). Tất cả các tấm gỗ đều được nén về kích thước cố định 20mm. Tiếp theo, các tấm ván Sa mộc đã xử lý nhiệt - cơ và đối chứng (chưa xử lý nhiệt - cơ) được cắt nhỏ thành các mẫu gỗ có kích thước bằng nhau dựa theo các tiêu chuẩn để kiểm tra khả năng kháng nấm, khả năng kháng mối của gỗ. 3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 3.3.1. Phạm vi nghiên cứu của luận án 3.3.1.1. Các yếu tố cố định Nguyên vật liệu nghiên cứu: - Gỗ Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb. Hook), 15 năm tuổi được trồng tại huyện Bắc Hà, tỉnh Lào Cai; - Gỗ xẻ theo phương tiếp tuyến; Kích thước mẫu được tính toán và gia công theo tỷ suất nén, đảm bảo chiều dày sau nén làm 20mm - Độ ẩm của gỗ trước khi xử lý: MC = 11-14%. Phương pháp xử lý: Xử lý bằng phương pháp nhiệt – cơ 3.3.1.2. Các yếu tố thay đổi - Nhiệt độ xử lý: 160 oC, 180 oC và 200 oC - Thời gian nén ép: 0,5-0,7 phút/mm chiều dày mẫu - Tỷ suất nén: 30%, 40% và 50% 3.3.1.3. Chỉ tiêu đánh giá - Khả năng kháng nấm của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt - cơ - Khả năng kháng mối của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt - cơ - Thành phần hóa học của gỗ trước và sau khi xử lý nhiệt - cơ - Thành phần hóa học của gỗ trước và sau khi thử khả năng kháng nấm
11 - Một số tính chất vật lý của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt - cơ, gồm: khối lượng riêng, độ ẩm, khả năng chống hút nước. - Một số tính chất cơ học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt - cơ, gồm: độ bền nén dọc thớ, độ bền uốn tĩnh 3.3.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn phương pháp thiết kế hỗn hợp trung tâm (CCD- center composite design) với 3 yếu tố, 6 điểm tâm để thiết kế thí nghiệm. Số thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm Design Expert 12.0 thu được các chế độ tiến hành thực nghiệm tại bảng 3.1. Bảng 3.1. Các thông số thực nghiệm với 3 yếu tố ảnh hƣởng đến biến tính nhiệt – cơ Thời gian Ký hiệu Nhiệt Tỷ suất nén Chiều dày (Phút/mm mẫu độ (oC) (%) phôi (mm) chiều dày) TN1 160 0,5 30 28,6 TN2 200 0,5 30 28,6 TN3 160 0,7 30 28,6 TN4 200 0,7 30 28,6 TN5 160 0,5 50 40,0 TN6 200 0,5 50 40,0 TN7 160 0,7 50 40,0 TN8 200 0,7 50 40,0 TN9 146,36 0,6 40 33,3 TN10 213,64 0,6 40 33,3 TN11 180 0,43 40 33,3 TN12 180 0,77 40 33,3 TN13 180 0,6 23,18 26,0 TN14 180 0,6 56,82 46,3 TN15 180 0,6 40 33,3 TN16 180 0,6 40 33,3 TN17 180 0,6 40 33,3 TN18 180 0,6 40 33,3 TN19 180 0,6 40 33,3 TN20 180 0,6 40 33,3
12 3.3.2. Các bước thực nghiệm Bƣớc 1: Tạo phôi Bƣớc 2: Xử lý nén gỗ bằng phƣơng pháp nhiệt - cơ Giai đoạn 1: Hóa dẻo gỗ Giai đoạn 2: Ép sơ bộ Giai đoạn 3: Ép chính Giai đoạn 4: Giữ ván trong máy ép Bƣớc 3: Ổn định sau xử lý Gỗ sau khi xử lý nhiệt - cơ được ổn định trong phòng thí nghiệm với nhiệt độ 30±5 oC, độ ẩm 70±5%, thời gian 7 ngày. Bƣớc 4: Cắt mẫu thí nghiệm Mẫu được cắt theo tiêu chuẩn cho từng chỉ tiêu theo dõi: Mỗi thanh được cắt đủ cho các tính chất và giữ nguyên chiều dày ván sau nén. Bước 5: Các tiêu chuẩn kiểm tra tính chất của gỗ sau xử lý nhiệt - cơ Bảng 3.2. Tiêu chuẩn kiểm tra TT Tính chất Chỉ tiêu theo dõi Tiêu chuẩn kiểm tra Độ ẩm TCVN 8048-1:2009 Khối lượng riêng TCVN 8048-2:2009 1 Vật lý Khả năng chống hút ASTM D4446-08 nước Độ bền uốn tĩnh TCVN 8048-3:2009 2 Cơ học Độ bền nén dọc thớ TCVN 8048-5:2009 Khả năng kháng nấm TCVN 10753: 2015 mục nâu 3 Sinh học Khả năng kháng nấm TCVN 10753: 2015 mục trắng Khả năng kháng mối TCVN 11355:2016 Chuẩn bị mẫu TAPPI 264 cm – 97 Hàm lượng các nhất TAPPI T 204 cm-97 chiết xuất 4 Hóa học Hàm lượng ASTM D 1104-56 Holocellulose Hàm lượng Cellulose TAPPI T 17 Hàm lượng lignin TAPPI T 222 – om 02
13 Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Ảnh hƣởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến độ bền sinh học của gỗ Sa mộc 4.1.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc 4.1.1.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng nấm mục trắng của gỗ Sa mộc qua tỷ lệ hao hụt khối lượng (1) Khả năng kháng nấm của gỗ thử nghiệm trên nấm Lentinula edodes Bảng 4.1. Tỷ lệ hao hụt khối lƣợng trung bình của gỗ khi thử nghiệm với nấm Lentinula edodes Tép Tỷ lệ hao hụt Ký hiệu Nhiệt độ Tỷ suất (phút/m khối lƣợng SD mẫu ép (độ C) nén (%) m t) (%) TN1 160 0,5 30 4,12 0,08 TN2 200 0,5 30 2,44 0,08 TN3 160 0,7 30 3.88 0,06 TN4 200 0,7 30 2,30 0,07 TN5 160 0,5 50 4,14 0,09 TN6 200 0,5 50 2,07 0,06 TN7 160 0,7 50 3,82 0,08 TN8 200 0,7 50 1,85 0,05 TN9 146,36 0,6 40 4,56 0,04 TN10 213,64 0,6 40 1,52 0,09 TN11 180 0,43 40 3,12 0,09 TN12 180 0,77 40 2,88 0,08 TN13 180 0,6 23,18 3,44 0,08 TN14 180 0,6 56,82 3,11 0,08 TN15 180 0,6 40 3,06 0,07 TN16 180 0,6 40 3,01 0,09 TN17 180 0,6 40 3,09 0,03 TN18 180 0,6 40 3,02 0,04 TN19 180 0,6 40 3,00 0,06 TN20 180 0,6 40 3,01 0,04 ĐC 10,18 0,03 Qua bảng 4.1 cho thấy, các mẫu gỗ xử lý khác biệt có ý nghĩa thống kê so với mẫu gỗ đối chứng sau thời gian 4 tháng thử nghiệm Phương trình tương quan:
14 Y = 10,165 – 0,033X1 - 0,210X2 + 0,025X3 + 0,012 X1X2 - 0,019X2X3 - 1,801X22 Trong đó: Y- tỷ lệ hao hụt khối lượng, %; X1- nhiệt độ, oC; X2- thời gian ép, phút/mm chiều dày; X3- tỷ suất nén, % (2) Khả năng kháng nấm của gỗ thử nghiệm trên nấm Ganoderma lucidum Bảng 4.3. Tỷ lệ hao hụt khối lƣợng trung bình của gỗ khi thử nghiệm với nấm Ganoderma lucidum Ký Nhiệt độ Tép Tỷ lệ hao Tỷ suất hiệu ép (độ (phút/m hụt KL SD nén (%) mẫu C) m t) (%) TN1 160 0,5 30 6,07 0,07 TN2 200 0,5 30 3,39 0,06 TN3 160 0,7 30 5,46 0,05 TN4 200 0,7 30 3,08 0,04 TN5 160 0,5 50 5,74 0,05 TN6 200 0,5 50 3,17 0,10 TN7 160 0,7 50 5,42 0,07 TN8 200 0,7 50 2,89 0,06 TN9 146,36 0,6 40 6,34 0,11 TN10 213,64 0,6 40 2,26 0,13 TN11 180 0,43 40 4,14 0,11 TN12 180 0,77 40 3,67 0,06 TN13 180 0,6 23,18 4,74 0,04 TN14 180 0,6 56,82 4,43 0,09 TN15 180 0,6 40 3,76 0,05 TN16 180 0,6 40 3,92 0,04 TN17 180 0,6 40 3,89 0,06 TN18 180 0,6 40 3,88 0,08 TN19 180 0,6 40 3,90 0,06 TN20 180 0,6 40 3,85 0,05 ĐC 11,21 0,11 Phương trình tương quan: Y = 39,957 - 0,235X1 - 11,65X2 - 0,257X3 +0,022X1X2 + 0,042X2X3+ 3,629X22 Trong đó: Y- tỷ lệ hao hụt khối lượng, %; X1- nhiệt độ, oC; X2- thời gian ép, phút/mm chiều dày; X3- tỷ suất nén, %. (3) Khả năng kháng nấm của gỗ thử nghiệm trên nấm Trametes versicolor
15 Bảng 4.5. Tỷ lệ hao hụt khối lƣợng trung bình của gỗ khi thử nghiệm với nấm Trametes versicolor Nhiệt Tép Ký hiệu Tỷ suất Tỷ lệ hao độ ép (phút/m SD mẫu nén (%) hụt KL (%) (độ C) m t) TN1 160 0,5 30 9,16 0,07 TN2 200 0,5 30 4,72 0,13 TN3 160 0,7 30 8,22 0,14 TN4 200 0,7 30 4,21 0,09 TN5 160 0,5 50 8,62 0,12 TN6 200 0,5 50 4,42 0,10 TN7 160 0,7 50 8,19 0,07 TN8 200 0,7 50 3,99 0,11 TN9 146,36 0,6 40 10,05 0,09 TN10 213,64 0,6 40 3,03 0,11 TN11 180 0,43 40 6,23 0,09 TN12 180 0,77 40 5,72 0,17 TN13 180 0,6 23,18 6,82 0,12 TN14 180 0,6 56,82 6,54 0,13 TN15 180 0,6 40 6,06 0,17 TN16 180 0,6 40 5,87 0,04 TN17 180 0,6 40 5,98 0,17 TN18 180 0,6 40 6.03 0,10 TN19 180 0,6 40 5,92 0,10 TN20 180 0,6 40 6,11 0,04 ĐC 15,27 0,07 Phương trình tương quan: Y = 51,297 – 0,298X1 - 10,071X2 - 0,253X3 + 0,027X1X2 + 0,074 X 2X 3 Trong đó: Y- tỷ lệ hao hụt khối lượng, %; X1- nhiệt độ, oC; X2- thời gian ép, phút/mm chiều dày; X3- tỷ suất nén, %. 4.1.2. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt – cơ đến khả năng kháng nấm mục nâu của gỗ Sa mộc 4.1.2.1. Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mục nâu (Coniophora puteana M1) của gỗ Sa mộc qua tỷ lệ hao hụt khối lượng Bảng 4.7. Tỷ lệ hao hụt khối lƣợng mẫu gỗ sau thử nghiệm với nấm mục nâu (Coniophora puteana M1)
16 Tép Tỷ suất Tỷ lệ hao Ký hiệu Nhiệt độ (phút/m nén hụt KL SD mẫu ép ( oC) m t) (%) (%) TN1 160 0,5 30 4,51 0,08 TN2 200 0,5 30 2,93 0,12 TN3 160 0,7 30 3,98 0,06 TN4 200 0,7 30 2,69 0,08 TN5 160 0,5 50 4,34 0,11 TN6 200 0,5 50 2,53 0,14 TN7 160 0,7 50 4,21 0,12 TN8 200 0,7 50 2,26 0,16 TN9 146,36 0,6 40 4,86 0,15 TN10 213,64 0,6 40 1,89 0,04 TN11 180 0,43 40 3,69 0,09 TN12 180 0,77 40 3,12 0,06 TN13 180 0,6 23,18 4,09 0,05 TN14 180 0,6 56,82 3,72 0,12 TN15 180 0,6 40 3,49 0,12 TN16 180 0,6 40 3,56 0,15 TN17 180 0,6 40 3,62 0,04 TN18 180 0,6 40 3,42 0,06 TN19 180 0,6 40 3,48 0,11 TN20 180 0,6 40 3,45 0,07 ĐC 12,27 0,23 Phương trình tương quan: Y = 2,185 + 0,045X1 + 5,857X2 - 0,00087X3 - 0,00056 X1X3 - 0,00018X12 – 6,179X22 +0,00114X32 Trong đó: Y- tỷ lệ hao hụt khối lượng, % ; X1- nhiệt độ, oC ; X2- thời gian ép, phút/mm chiều dày; X3- tỷ suất nén, % 4.1.3. Ảnh hưởng của các thông số xử lý nhiệt - cơ đến khả năng kháng nấm mốc của gỗ Sa mộc Bảng 4.9. Tỷ lệ mốc của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ khi thử nghiệm với nấm A. niger
17 Ký hiệu Nhiệt độ Tép Tỷ suất Tỷ lệ diện SD mẫu ép (độ C) (phút/mm t) nén tích mốc TN1 160 0,5 30 47,05 0,33 TN2 200 0,5 30 18,12 1,33 TN3 160 0,7 30 47,05 0,67 TN4 200 0,7 30 15,45 0,53 TN5 160 0,5 50 45,84 1,51 TN6 200 0,5 50 15,26 1,12 TN7 160 0,7 50 45,83 1,19 TN8 200 0,7 50 13,36 1,03 TN9 146,36 0,6 40 59,08 1,17 TN10 213,64 0,6 40 9,24 0,54 TN11 180 0,43 40 26,11 0,51 TN12 180 0,77 40 22,34 0,63 TN13 180 0,6 23,18 36,11 0,40 TN14 180 0,6 56,82 33,33 0,90 TN15 180 0,6 40 25,52 1,65 TN16 180 0,6 40 23,23 0,45 TN17 180 0,6 40 25,73 0,77 TN18 180 0,6 40 26,00 2,36 TN19 180 0,6 40 26,22 1,26 TN20 180 0,6 40 25,51 0,59 ĐC 76,46 1,48 Phương trình tương quan Ybm = 418,98 - 3,314X1 + 101,70X2 - 2,668X3 - 0,286X1X2 + 0,0075X12 – 48,56X22 +0,0322X32 Trong đó: Y- tỷ lệ diện tích mốc, % ; X1- nhiệt độ, oC ; X2- thời gian ép, phút/mm chiều dày; X3- tỷ suất nén, % 4.1.4. Thành phần hóa học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ Bảng 4.13. Kết quả phân tích thành phần hóa học các mẫu gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ Chất chiết Holocellulose Cellulose Hemi Tên mẫu Lignin (%) xuất (%) (%) (%) cellulose (%) DC 5,66 79,34 54,25 25,08 29,49 TN9 15,25 75,25 51,33 23,92 33,57 TN10 24,37 56,21 48,38 7,83 37,58 Ghi chú: TN: Thí nghiệm, DC: Đối chứng 4.1.5. Thành phần hóa học của gỗ Sa mộc xử lý nhiệt – cơ sau khi thử nghiệm với nấm