Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm Amoniac (NH3) đến Một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính

ng được các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Một trong những hướng công nghệ mới hiện nay là sử dụng các loại gỗ cây mọc nhanh rừng trồng để thay thế các loại gỗ rừng tự nhiên. Tuy nhiên, gỗ mọc nhanh rừng trồng có rất nhiều khuyết điểm như khối lượng thể tích thấp, tính chất cơ vật lý thấp, … Chính vì thế, việc sử dụng gỗ mọc nhanh rừng trồng vào trực tiếp làm nguyên liệu cho ngành chế biến còn rất nhiều hạn chế. Để khắc phục những nhược điểm này của gỗ mọc nhanh rừng trồng, hiện nay trên thế giới người ta sử dụng rất nhiều các biện pháp kỹ thuật khác nhau. Một trong những biện pháp được sử dụng rộng rãi trên thế giới đó là công nghệ biến tính gỗ. Với mục tiêu nâng cao chất lượng và khả năng sử dụng gỗ, công nghệ biến tính gỗ đã phần nào giải quyết được nhu cầu sử dụng nguyên liệu trong sản xuất. Tuy nhiên, trong công nghệ biến tính gỗ người ta quan tâm chủ yếu đến việc nâng cao khối lượng thể tích gỗ, mà chưa quan tâm đến các lĩnh vực nghiên cứu khác. Đặc biệt hiện nay, chưa có các công trình nghiên cứu đề cập đến ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ, thời gian ngâm tẩm, và áp lực ngâm tẩm, … đến các chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính. Để góp phần nhỏ hoàn thiện những nghiên cứu cơ bản về công nghệ biến tính gỗ đó là; tạo ra nhiều loại gỗ có khối lượng thể tích cao, chống cháy chống ẩm tốt và đặc biệt là khả năng đàn hồi của gỗ nằm trong giới hạn cho phép. Được sự phân công của Trường Đại học Lâm Nghiệp và khoa Chế biến Lâm sản, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm Amoniac (NH3) đến một số chỉ tiêu chất lượng của gố biến tính” Chương 1 Những vấn đề chung 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Tình hình trên thế giới Ngay từ xa xưa, con người đã biết dùng lửa để uốn cong gỗ, uốn giang để sử dụng vào các việc khác nhau với mục đích làm cho nó mềm đi và để dễ làm hơn, song bán kính của nó còn rất hạn chế. Sau đó con người biết sử dụng gỗ để hấp luộc uốn thành chi tiết cong. Năm 1930, Michael Thonemet đã biết phát minh ra kim loại nằm phía mặt cong của quá trình uốn làm cho gỗ được hấp luộc chịu trạng thái nén ép trong quá trình uốn cong, ông đã đem các thanh gỗ Sơn Mao sau khi đã hấp luộc uốn thành chân ghế, tựa ghế. Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ) đã dùng tia chiếu xạ gây phản ứng đa tụ ở các đơn thể tẩm vào trong gỗ tạo nên các sản phẩm chất lượng cao WPC, sau đó nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học đã sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau trong đó có cả năng lượng nguyên tử vào mục đích này. Năm 1965, trong hội thảo chuyên đề ở New York các nhà khoa học Mỹ đã giới thiệu thành tựu đưa chất dẫn phát vào trong đơn thể dùng phương pháp xúc tác gia nhiệt để sản xuất WPC. Năm 1968, Công ty hóa chất ARCO của Mỹ đã dùng tia g bức xạ WPC. Sẩn phẩm này chủ yếu dùng làm sàn, chịu mài mòn cao, có độ cứng cao. Ván sàn loại này không cần trang sức và rất khó cháy, thích hợp với những nơi cộng đồng người như: Ga tàu điện ngầm, phòng đợi, sân bay, siêu thị, sàn nhảy khách sạn cấp cao. Tuy giá thành của sản phẩm này cao nhưng tuổi thọ gấp 9 - 11 lần gỗ nguyên liệu nên hiệu quả sử dụng vẫn rất hợp lý. Từ năm 1970 Mỹ đã có 3 công ty dùng bức xạ để sản xuất WPC, hình thành hệ thống công ngiệp sản xuất WPC tạo ra hơn 100 loại sản phẩm. Gần đây WPC đã vượt qua con số 2 triệu m3. ở pháp, các nhà khoa học đã đưa ra lý thuyết của đa thể ngâm tẩm và được thực tiễn chứng minh: MMA và Axetat propin với tỷ lệ 6 : 4, dùng bức xạ g để sản xuất WPC có tính ổn định rất cao, giá thành sản phẩm giảm 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… Năm 1965 trường Đại học Kỹ thuật Thượng Hải đó dùng Styrene và đơn thể MMA ngâm tẩm gỗ Dương, gỗ Đoạn chiếu xạ tia g tiến hành nghiên cứu phương diện đa tụ. Năm 1966 Học viện Lâm nghiệp Nam Kinh và một số đơn vị khác dùng MMA đơn thể ngâm tẩm. Để khắc phục các nhà khoa học đã nghiên cứu đưa vào trong gỗ các hóa chất dưới dạng monomer hoặc polymer. Năm 1936, một số nhà khoa học của Liên Xô đã đưa vào gỗ dung dịch bakelit 5 - 10 %. Vào năm 1966, G.B.klar đã dùng dung dịch Phenol Spirt tẩm vào gỗ tạo ra vật liệu có tính cơ học cao. Biến tính gỗ là quá trình tác động cơ học, hóa học, nhiệt học hoặc đồng thời cả hai làm thay đổi lại cấu trúc của gỗ mà chủ yếu là tác động vào nhóm hydroxyl. Quá trình này làm cho các tính chất của gỗ thay đổi. Các công nghệ khác nhau của biến tính gỗ được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất từ lâu. Nhưng do giá thành của gỗ biến tính và đòi hỏi của môi trường nên chỉ gần đây mới được áp dụng. Công nghệ biến tính gỗ (không độc hại) đang là một xu thế đòi hỏi được nghiên cứu và áp dụng. Biến tính vật liệu gỗ có thể theo các hướng sau: + Cải thiện các tính chất cơ học của gỗ mọc nhanh rừng trồng để cho nó ít biến dạng và bền với môi trường. Phương pháp cụ thể là nhiệt cơ, hóa nhiệt cơ, cơ và enzin. + Biến tính theo hương chống cháy. + Biến tính theo hướng chống ẩm. + Xử lý ván mỏng để tạo ra ván LVL có chất lượng tốt. + Xử lý dăm gỗ để tạo ra ván dăm, ván (OSB Oriend Strandboard), MDF và HDF. Biến tính gỗ có rất nhiều phương pháp. trong những năm gần đây ở các nước phát triển như: Mỹ, Nhật, Nga, Phần lan, đang sử dụng các phương pháp biến tính như sau: Nhiệt cơ, hóa cơ, nhiệt hóa, bức xạ - hóa 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 tăng tỷ trọng, polymer hóa. Bên cạnh đó do thực trạng khí hậu ẩm ướt và khô hanh, dẫn đến vật liệu thường hay bị cháy và sâu nấm xâm nhập kéo theo tuổi thọ của nó giảm đi. Để khắc phục tình trạng này, vào những năm 70, Sở nghiên cứu chống cháy Tứ xuyên thuộc bộ công An Trung quốc đã nghiên cứu tạo ra chất chống cháy Acrylic - acid đã ứng dụng trong công trình nhà gỗ. Trên cơ sở này cán bộ công nhân viên qua thực tiễn đã không ngừng cải tiến vào năm 1986 lại đưa ra chất chống cháy thế hệ hai của Acrylic-acid là B60 - 2 mở rộng vào thị trường, chất này đưa vào trong gỗ tính năng cơ lý đã được nâng cao. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất gỗ biến tính trong nước Như chúng ta đã biết, biến tính gỗ không còn xa lạ với ngành công nghiệp chế biến lâm sản của nước ta. Song, với điều kiện hiện có của ngành thì việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật trên thế giới váo thực tiễn ở Việt Nam còn rất hạn chế. Vào những năm 1987 - 1988 ở Việt Nam nghành dệt sử dụng các loại máy dệt thoi. Các loại thoi dệt được mua ở Trung Quốc, Nhật Bản, ấn Độ. Giá mỗi con thoi khi đó khoảng 10 - 12 $. Thời gian này, ở Việt Nam dù rất khó khăn về kinh tế. Nghành dệt đó tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ Dẻ đỏ để làm thoi, thoi gỗ Dẻ đỏ dệt được 300 - 350 m vải, trong khi đó, thoi dệt của nước ngoài có thể dệt được từ 1000 - 1200 m vải. Viện công nghệ rừng tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ biến tính từ gỗ mỡ, Thông nàng, Vạng trứng để sản xuất thoi dệt vải. Gỗ Vạng trứng có khối lượng thể tích 0.52 g/cm3, độ bền uốn tĩnh 840 KG/cm2 được tẩm dung dịch phenol Spirt kết hợp với nén ép để tăng khối lượng thể tích. Biến tính gỗ đã và đang là hướng đi tốt cho ngành chế biến, nhưng những nghiên cứu về nó còn rất ít. Tại Trường Đại học Lâm Nghiệp đã có một số công trình nghiên cứu của giáo viên và sinh viên khoa Chế Biến Lâm sản đã nghiên cứu một số phương pháp biến tính gỗ. Các phương pháp đó theo các hướng: phương pháp ngâm thường, phương pháp tẩm nóng lạnh, phương pháp áp lực chân không để đưa thuốc bảo quản vào trong gỗ, các chất chống cháy, chống ẩm. Mục tiêu nghiên cứu của các công trình đó chỉ dừng lại ở mức bảo quản gỗ và chống cháy gỗ, mà chưa có hướng ổn định kích thước gỗ biến tính và các hướng sử dụng khác. Qua điều tra về các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước tôi thấy: hướng nghiên cứu biến tính gỗ ở trong nước là hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Điều này không những nâng cao chất lượng sản phẩm, mà còn, giúp chúng ta đa dạng hóa loại hình sản phẩm. 1.2. Mục tiên nghiên cứu + Tìm hiểu một số giải pháp biến tính gỗ, qua đó lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp để tạo ra loại gỗ biến tính trên cơ sở nồng độ, thời gian tẩm Amoniac (NH3) thay đổi để từ đó tạo ra loại gỗ có tính chất cơ học tốt mà khả năng giãn nơ trở lại ít; + Tìm ra nộng độ xử lý Amoniac (NH3) hợp lý để đạt được chất lượng gỗ biến tính tốt nhất; + Tìm ra thời gian hợp lý khi tẩm Amoniac (NH3) để đạt được chất lượng gỗ bién tính chất lượng tốt; Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu tìm hiểu một số giải pháp biến tính; + Lựa chọn phương pháp biến tính gỗ hợp lý và tiến hành biến tính gỗ theo nồng độ và thời gian tẩm; + Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ xử lý Amoniac đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính; + Đánh giá ảnh hưởng của thời gian xử lý Amoniac đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính; Phương pháp nghiên cứu + Đề tài sử dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc hai để để tiến hành thí nghiệm ngâm gỗ trong Amoniac với nồng độ và thời gian thay đổi. + Ma trận quy hoạch thực nghiệm, mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm được trình bày ở bảng 1.1 và 1.2 X1 là nồng độ thay đổi trong quá trình thí nghiệm. X2 là thời gian thay đổi trong quá trình thí nghiệm. Bảng 1.1. Mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm Các mức Giá trị mã Giá trị thực X1 (%) X2 (ngày) Mức trên α +α 19 10 Mức trên + 17 8 Mức cơ sở 0 15 6 Mức dưới - 13 4 Mức dưới α -α 11 2 Bảng1.2. Ma trận quy hoạch thực nghiệm N0 X1(%) X2 (ngày) Nồng độ (%) τ (ngày) 1 + + 17 8 2 - + 13 8 3 + - 17 4 4 - - 13 4 5 + α 0 19 6 6 - α 0 11 6 7 0 + α 15 10 8 0 - α 15 2 9 0 0 15 6 + Các bước tiến hành thí nghiệm: Bước 1: Cắt mẫu theo tiêu chuẩn. Bước 2: Ngâm mẫu trong dung dịch Amoniac (NH3) Bước 3: Để dáo và nén mẫu. Quá trình nén ép, khuôn nén gỗ được mô tả ở hình 1.1 và hình 1.2. Hình:1.2. Máy nén ép mẫu Hình:1. 1. Hình ảnh khuôn nén gỗ Bước 4: Cắt mẫu theo tiêu chuẩn để kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng. Bước 5: Sấy mẫu ở nhiệt độ 600 C để tránh hiện tượng nứt đầu và đưa độ ẩm của gỗ xuống đến MC 12 % sau đó tiến hành kiểm tra các tính chất của gỗ biến tính. + Các tiêu chuẩn kiểm tra như sau: - Kiểm tra khối lượng thể tích theo tiêu chuẩn TCVN 362 - 70 sửa đổi. -Kiểm tra khả năng uốn tĩnh theo tiêu chuẩn TCVN 365 - 70 sửa đổi. - Kiểm tra độ bền khi nén dọc theo tiêu chuẩn TCVN 361 - 70 sửa đổi. - Kiểm tra khả năng trang sức của gỗ theo tiêu chuẩn GOCT 15140 - 78 sửa đổi. - Kiểm tra khả năng co rút, giãn nở trở lại của gỗ theo tiêu chuẩn TCVN 360 - 70 sửa đổi và TCVN 361 - 70 Sửa đổi. - Kiểm tra khả năng phục hồi trở lại sau khi nén ép sau 48 giờ. 1.5. Phạm vi nghiên cứu Yếu tố cố định + Nguyên liệu: Đề tài sử dụng gỗ Keo tai tượng (Acacia Magium Willd) khai thác tại Lâm trường Yên bình - Lương sơn - Hòa Bình. + Hóa chất: Đề tài sử dụng hóa chất là Amoniac nồng độ mua tại Công Ty Hoá học ứng dụng 18A Trần Thánh Tông - Hà Nội. + Phương pháp ngâm: ở đây tôi sử dụng phương pháp ngâm thường để đưa Amoniac và trong gỗ. + Các yếu tố cố định khác: Thông số chế độ ép, áp suất ép, thời gian ép, nhiệt độ ép, tấm lót, khuôn ép, thanh tỷ suất nén, độ ẩm gỗ, cân điện tử, tủ sấy, thước đo, máy đo độ ẩm, máy thử cơ tính. Yếu tố thay đổi Đề tài thay đổi hai yếu tố nồng độ và thời gian để tiến hành biến tính gỗ như bảng sau: N% 11 13 15 17 19 τ (ngày) 2 4 6 8 10 Chương 2 Cơ sở lý thuyết 2.1. Một số giải pháp biến tính 2.1.1. Một số đặc điểm của gỗ liên quan đến biến tính 2.1.1.1. Cơ sở khoa học của biến tính gỗ Gỗ được cấu tạo từ các tế bào, khi tế bào gỗ trở thành dạng hình ống, như vậy tạo nên cấu trúc xốp trong gỗ, các ống mạch tạo thành hệ mao dẫn có tính thẩm thấu nước, ẩm từ môi trường vào gỗ, khi đó xẩy ra hiện tượng trương do tác động của nước với các cấu tử trong gỗ đặc biệt là thàng phần cellulose làm cho khoảng cách giữa các phần tử tăng lên tính chất các thành phần trong gỗ thay đổi [22]. Các thành phần trong gỗ gồm có: cellulose, hemicellulose, lignin. Tính chất, đặc điểm của các thành phần liên quan trực tiếp đến các tính chất của gỗ. Chính những tính chất của những thành phần cấu tạo của gỗ là căn cứ và cơ sở khoa học cho công nghệ biến tính và nâng cao chất lượng của gỗ. a. Cellulose 0 0 0H H CH20H 0 H OH H H 0 CH20H 0 H 0H H H 0H 0 H H 0 0H H CH20H 0 H OH H H 0 CH20H 0 H 0H H H 0H H Hình 2.1. Cấu tạo phân tử cellulose Cellulose là một chất hữu cơ cao phân tử có công thức phân tư là: (C6H10O5)n. Phân tử cellulose là sự liên kết của các phân tử D –ghicose, mỗi chuỗi cellulose có chứa từ 200 - 300 phân tử Monomer. Khi khả năng tạo liên kết phản ứng của nhóm chức OH đóng vai trò quan trọng làm cơ sở cho các giải pháp tác động làm thay đổi tính chất của gỗ [22, 11]. Cấu tạo của cellulose được mô tả như sau: b. Lignin Lignin là thành phần thứ 2 cấu tạo nên vách tế bào vai trò của lignin được xem là chất liên kết bao bọc giữa các tế bào. lignin tập trung vào phần giữa các tế bào. Thực chất lignin là một tập hợp các chất hữu cơ dưới tác dụng của nhiệt lignin bị hóa mềm. Mặt khác lignin là một cao phần tử gồm các đơn vị Phenypropan, các nhóm chức cơ bản gồm Metoxy (OCH), nhóm hyđroxy (OH), các đơn phân tử trong lignin liên kết với nhau bằng các liên kết Ete và liên kết C- C tạo ra cấu trúc mạng phức tạp. Liên kết C- C rất bền vững đối với xử lý hóa học và là yếu tố cơ bản ngăn cản sự tạo thành các đơn phân tử lignin trong những xử lý hdro hóa, phân giải bằng etanol. b. Hemicellulose Hemicellulose là những Polysacharide tạo nên vách tế bào, hemicellulose gồm các pentosan (C5H8O4)n và hexsan (C6H10H5)n, hàm lượng pentosan và heosan trong cac loại gỗ có khác nhau, ở loại gỗ lá rộng lượng pentosan nhiều 19 - 23 % và hetosan 3 - 6 %, ở gỗ lá kim tỷ lệ pentosan và hexosan xấp xỷ bằng nhau 10 - 12 %. Hemicellulose dễ bị phân hủy dưới tác dụng của acid và nhiệt độ cao. Trong hemicellulose có một tỷ lệ khá lớn của acide uronic. Khi phân hủy nhóm cacboxyl phân giải thành CO2. Tính chất cơ học và hiện tượng giãn nở của gỗ phụ thuộc vào mức độ liên kết, bản chất hóa học của các phần tử trong gỗ mà trước tiên là vai trò của hydroxyl, độ polymer của phân tử cellulose, hemicellulose, lignin và liên kết giữa các phần tử đó. Để cải thiện tính chất hút nước và giãn nở của gỗ thì vấn đề tác động vào nhóm hydroxyl có vai trò quyết định. 2.1.1.2. Biến đổi cấu trúc và tính chất gỗ dưới tác động của nhiệt Hiroshi Jnno (1993) Misato Norimoto và Joseph khi nghiên cứu về cấu trúc và tính chất của gỗ dưới tác động của nhiệt độ và tác nhân hóa học như sau. 1 2 3 4 5 6 A. B. d d e c a b e e e e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a Hình 2.2. Các dạng biến đổi cấu trúc trong gỗ khi có tác nhân xử lý Trong đó: A- tế bào cellulose; 1 - 3 vách cellulose khi không được xử lý; 4 - 6 vách cellulose được xử lý; 1 - không xử lý 4 - không có tác nhân trong ruột tế bào; 2, 5- có tác nhân ở thành vách ruột tế bào, 3, 6 có tác nhân điền đầy ruột tế bào. Trong B: sự phát triển tương tác giữa các tác nhân và celuulose trong gỗ. Nhóm hydroxyl dễ cho liên kết hidro, sự thế nhóm hydroxyl. Tác nhân xử lý; a: ký hiện chuỗi cellulose; b: các nhóm hydroxyl; c: liên kết hydroxyl d, e: hướng xê dịch của phân tử cellulose. ở hình 2.2. A- tác động của tác nhân vào tế bào, B - tác động của tác nhân vào vách tế bào (giữa các phần tử cellulose cạnh nhau). Mô hình trên có thể diễn giải như sau: A - 1 tế bào gỗ không được xử lý, không có chất lắng trong ruột tế bào. A - 2 vách tế bào không được xử lý nhưng vách bên trong của nó có các chất lắng đọng. A - 3 vách không được xử lý nhưng ruột tế bào có chất lắng điền đầy. A - 4, 5, 6 ở vách tế bào có sự xâm nhập của tác nhân xử lý. B - 1 các sợi cellulose cạnh nhau khi chưa có tác nhân xử lý xâm nhập, giữa chúng có liên kết hydroxyl đây là liên kết chủ yếu do vậy giữa các sợi cellulose dễ bị đẩy trượt nhau theo hướng. B - 2, B - 9, B - 2, B - 3: liên kết ngang xuất hiện khi không có ảnh hưởng lớn do sử dụng các phân tử có trọng lượng phân tử thấp, khi đó liên kết được thực hiện ở dạng nối đôi vị trí phân tử của những nhóm hydroxyl. B - 2 thực hiện liên kết ở trạng thái khô (không gây trương), còn B - 3 thực hiện ở điều kiện trương, do vậy khi sấy lại có cấu trúc thay đổi trở lại khi ở trạng thái khô. Cả hai trạng thái B - 2, B – 3, đều cản lại sự xê dịch lẫn nhau theo phương e, d, của sợi cellulose. B – 4: trường hợp chất phản ứng có tính kỵ nước. B - 5: trường hợp chất phản ứng có tính ái nước. B - 6: tác nhân có tạo một liên kết bền vững ở một phía nhưng B - 6 chất tác động ở đây kỵ nước còn B - 7 thì tác nhân rễ hút nước. B - 8: tác nhân rễ gây hút nước mạnh, tạo những liên kết hydroxyl rất thuận lợi cho cả hai phía. B – 9: tác nhân gây kỵ nước, không có tương tác với nhóm thế và nước, ở đây chỉ có sự xâm nhập của tác nhân và đầy các sợi cellulose ra xa nhau hơn. Sự thay đổi tính chất gỗ do tác nhân xủ lý: Khi gỗ được xử lý hóa học, các tác nhân xử lý có sự xâm nhập vào trong tế bào gỗ, nó sẽ có những tương tác với các cấu tử gỗ ở dạng này hay dạng khác làm cho cấu trúc liên kết, tính chất gỗ có sự thay đổi. Sự tác động của các tác nhân chủ yếu vào các liên kết cầu hydro giữa các phần tử cellulose. Khi có sự tác động của các tác nhân xử lý vào cấu tử gỗ, giữa các cấu tử có sự thay đổi . Sự biến đổi của các cấu tử trong gỗ làm cho tính chất cơ vật lý trong gỗ thay đổi cụ thể là: - Sự biến đổi nhóm chức (chủ yếu nhóm hydroxyl) làm cho tính hút nước, tính hút ẩm thay đổi. - Sự thay đổi khoảng cách giữa các phần tử dẫn đến nội lực (lực hấp dẫn Van dec van) thay đổi làm cho độ cứng vững, độ mềm dẻo của gỗ thay đổi theo. - Sự hạ bậc cấu tử trong gỗ sẽ làm cường độ gỗ yếu đi. - Xử lý xẩy ra ở dạng B - 2 độ hút nước giảm đi vì khoảng cách giữa các cellulose không tăng lên, liên kết các nhóm hydroxyl vững chắc hơn, giảm số nhóm hydroxyl tự do trong gỗ. - Xử lý xẩy ra ở dạng B - 3 gỗ trở nên mềm dẻo hơn, tính hút nước giảm đi nhưng độ cứng vững thấp. - Xử lý xẩy ra ở dạng B - 4 tính hút nước giảm, độ ổn định cao, gỗ mềm. - Xử lý xẩy ra ở dạng B - 7 tính hút nước không giảm, độ dẻo tăng lên. - Xử lý xẩy ra ở dạng B - 8 tính hút nước tăng lên, độ mềm dẻo tăng lên. - Xử lý xẩy ra ở dạng B - 9 tính hút ẩm giảm, độ mềm dẻo tăng lên. Từ những lý luận trên ta thấy rằng: nếu có tác động hoặc dùng tác nhân hóa học nào đó để xử lý gỗ sao cho có thể biến đổi cấu trúc hoặc thay thế nhóm hydroxyl trong gỗ thành nhóm kỵ nước, ổn định, kích thước lớn nhóm hydroxyl thì nguyên liệu sẽ ít hút nước, ít trương nở và độ mềm dẻo cao hơn điều này có lợi cho việc nâng cao chất lượng sản phẩm. 2.1.2. Tính xuyên thấu của dịch đối với gỗ -Tính xuyên thấu: chỉ năng lực của dung dịch, nước trong điều kiện áp suất thường hoặc có áp chui vào trong gỗ, lấy chiều sâu của dung dịch chui vào trong gỗ trong một đơn vị thời gian để biểu thị. Khi gỗ tiếp xúc với nước hoặc dung dịch thì tính xuyên thấu gồm 2 mặt: hút và xuyên thấu. Hai mặt này gần nhau nhưng không hoàn toàn giống nhau, lượng dung dịch gỗ hút được thường dùng khối lượng nước hoặc dung dịch mà một đơn vị thể tích gỗ hút được để biểu thị cho tính hút nước của gỗ; còn tính xuyên thấu thì lấy chiều sâu dung dịch thấm vào trong gỗ để biểu thị. Trong sản xuất, thường yêu cầu giảm lượng hút nước nhưng lại tăng chiều sâu thấm của gỗ. Đó là giải pháp tiết kiệm thuốc lại đạt chiều sâu yêu cầu, có như vậy mới nâng cao được hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế. Nước và dung dịch thấm sấu vào gỗ còn có quan hệ mật thiết với áp suất và thời gian gia áp. ở áp suất thường, nếu chỉ dựa vào năng lực hút và ái lực của gỗ với dung dịch thì không đạt hiệu quả, nếu yêu cầu dung dịch trong một đơn vị thời gian nhất định phải đảm bảo chiều sâu thì phải dùng áp lực. áp suất càng lớn thì chiều sâu thấm thuốc càng tăng và thời gian càng ngắn. - Nhiệt độ dung dịch: nhiệt độ tăng có thể cải thiện tính năng dịch chuyển của dung dịch, dễ chui vào gỗ, đồng thời nhiệt độ còn làm tăng tính đàn hồi của gỗ nhỏ trên màng lỗ thông ngang khi dung dịch chui vào vách tế bào, điều này cũng làm tăng tính xuyên thấu của dung dịch. Tuy nhiên, không thể tăng nhiệt độ quá cao vì khi đó cường độ của gỗ sẽ giảm [9]. 2.1.3. ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của gỗ Dưới tác động của nhiệt độ gây ra sự thay đổi cấu trúc liên kết giữa các thành phần tạo vách tế bào, nhưng đồng thời cũng gây ra sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử trong gỗ. Gỗ ở trạng thái khô, dưới tác động của nhiệt độ 1800 C thì cellulose bắt đầu phân hủy, nhưng những dấu hiệu biến đổi đầu tiên của biến đổi cấu trúc xẩy ra ở nhiệt độ thấp hơn [16]. Dưới tác động của nhiệt độ thấp thì về cơ bản cấu trúc hóa học, thành phần các chất trong gỗ không đổi, tính chất và khả năng hoạt động của các nhóm hydroxyl ở trong gỗ thay đổi không đáng kể, như vậy tính ổn định về kích thước của gỗ vẫn không được cải thiện [5, 8]. Theo Hiroshi Jnno (1993) kết quả sự tăng nhiệt độ sấy gỗ làm giảm tính hút nước của các Polychacarit, độ ổn định kích thước gỗ tăng lên, song ở mức độ cao của sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử trong gỗ sẽ làm giảm cường độ gỗ tính chống thấm, chống nước tăng lên, mầu của gỗ trở nên tối hơn. Tuy nhiên, nếu sự hạ bậc, phân đoạn của các cấu tử gỗ là nhỏ và sự tạo thành cấu trúc liên kết là trội hơn thì cơ tính của gỗ sẽ tăng lên. Theo Hà Chu Chử (1997) và Lê Hữu Bá (1999), cellulose có độ cứng tương đối, giữa các phân tử xuất hiện một khuynh hướng kết tinh mạnh, trong khu vực cellulose kết tinh nhưng nhóm hydroxyl có cực giữ chặt các chuỗi cellulose bằng mạng lưới cầu liên kết các hydro ngang. Về mặt hóa học, nhiệt độ cao khoảng 150 - 1700 C thì khả năng hòa tan của gỗ tăng lên và độ pH của gỗ giảm xuống do sự tạo thành của Acide uronic, Fufurola và các Acide hữu cơ không bay hơi. Khi nhiệt độ cao thì ngoài việc giải phóng nước trong gỗ còn diễn ra sự phân giải các thành phần trong gỗ mà trước hết là Pentosan, tác động này làm cho tính chất cơ học giảm đi, như vậy sự ảnh hưởng của nhiệt độ có tác động theo hai chiều hướng khác nhau và tính chất của gỗ sẽ ảnh hưởng theo chiều trội. Tóm lại : Sự biến đổi của gỗ dưới tác đông của nhiệt độ được giải thích như sau: + Hình thành cấu trúc liên kết giữa các thành phần trong vách tế bào, khoảng cách giữa các phần tử cellulose giảm đi làm tăng thêm xắc suất kết hợp giữa các gốcac(- OH) trong vùng ổn định hình, hình thành các gốc H hoặc các chất khác, tác động này sẽ có lợi cho cường độ cơ học của gỗ [21]. Các thành phần gỗ bị phân đoạn, hạ bậc hay phân giải, như vậy tính chất cơ học, tính hút nước và ổn định gỗ thay đổi. Từ kết quả nghiên cứu ta thấy rằng: Dưới tác động của nhiệt độ cao thì tính hút nước của gỗ giảm đi, cường độ của gỗ giảm. Theo Issincova, Gromov thì ở nhiệt độ 2000 C trong 3 giờ, lượng Pentosan trong gỗ giảm tới 50 %, độ ẩm gỗ và nhiệt độ cao. 2.1.4. Một số giải pháp biến tính gỗ Biến tính gỗ là quá trình làm cho cấu trúc phân tử của vách tế bào thay đổi mà chủ yếu là tác động vào nhóm hydroxyl, nhóm hydroxyl trong gỗ đóng vai trò quan trọng. Hiện nay người ta thường biến tính theo các hướng sau: 2.1.4.1. Giải pháp biến tính nâng cao khối lượng thể tích Khối lượng thể tích là tính chất vật lý rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý của gỗ nó quyết định chất lượng của gỗ trong quá trình sử dụng. Nó được thể hiện qua tỷ số giữa khối lượng trên một đơn vị thể tích gỗ. g = , (g/cm3) Trong đó: g: Là khối lượng thể tích g/cm3 m: Là khối lượng gỗ đơn vị là g υ: Là thể tích gỗ cm3 Gỗ là vật liệu đàn hồi tự nhiên, trong điều kiện nhất định nó có thể phá hủy kết cấu; khi gỗ được dẻo hóa rồi có thể nén chặt để tăng khối lượng thể tích tăng tính chất cơ học của gỗ đã xử lý. Chính vì thế, người ta đã tiến hành nghiên cứu rất nhiều cơ chế của quá trình nén, quá trình hóa dẻo của gỗ để tìm ra nguyên nhân đàn hồi trở lại và các giải pháp loại bỏ sự đàn hồi trở lại của gỗ nén nhược điểm đàn hồi vẫn chưa có biện pháp khắc phục triệt để. Nâng cao tính chất cơ học của các loại gỗ trong điều kiện không phá hủy vách tế bào, có thể dùng phương pháp ép để tăng khối lượng thể tích. Tính chất cơ học của gỗ không phụ thuộc hoàn toàn vào loại cây, cho dù có phức tạp thì giữa khối lượng thể tích và cường độ vẫn tồn tạo một mối quan hệ theo một phương trình mũ. s = a.rn + b Trong đó s - giá trị cường độ của gỗ a, b - hằng số thí nghiệm n - độ nghiêng của đường cong parabol bậc n r - mật độ gỗ Vậy: khi mật độ của gỗ được tăng lên thì cường độ của gỗ tăng lên n lần. Nhiều nhà khoa học đã tiến hành nén ép gỗ để tăng khối lượng thể tích và độ cứng của vật liệu tùy theo điều kiện và thời điểm khác nhau mà các nhà khoa học đã đưa ra các kết quả của mình. Theo V.G Matveeva của Liên Xô khi tăng mức độ nén của gỗ độ bền của gỗ sẽ tăng lên mà không phụ thuộc vào phương pháp nén. Khi tăng mức độ nén ép gỗ cực đại thì độ bền của gỗ sẽ tăng lên rất nhanh. Để tăng được tính chất cơ học cũng như khối lượng thể tích của gỗ người ta sử dụng Polyme phức hợp là lợi dụng năng lượng của tia chiếu xạ, gia nhiệt và làm cho các hóa chất kết hợp với gỗ và đóng rắn lại gọi là Polyme viết tắt (WPC). WPC là loại sản phẩm có tính ổn định cao, tính chịu mài mòn tốt, tính chất cơ học cao chính vì vậy mà đang được ứng dụng rộng rãi. 2.1.4.2. Giải pháp biến tính theo hướng chống cháy Gỗ chống cháy hay còn gọi là gỗ chậm cháy, thực chất là người ta sử dụng một số loại chất hóa học để bơm thấm vào trong gỗ làm nâng cao tính chịu cháy của gỗ làm cho gỗ không bị bắt lửa. Đây là một phương pháp biến tính gỗ nhằm phòng ngừa sự bén lửa hoặc trì hoãn sự cháy. Các chất hóa học được sử dụng gọi là chất chậm cháy. Chính từ đó, mà có một giải pháp biến tính chống cháy cho gỗ như sau: a. Phương pháp xử lý bề mặt Đây là phương pháp dùng dung dịch chậm cháy hoặc các vật liệu chậm cháy được bôi quét lên bề mặt gỗ hoặc lấy các vật liệu chống cháy liên kết dán dính lên bề mặt gỗ. Phương pháp xử lý bề mặt chủ yếu là xử lý thành phần của gỗ. Chất phủ chậm cháy là bản thân nó không cháy, dưới tác động lâu dài của ngọn lửa không bị phá hoại, dẫn nhiệt kém, đó là một loại hóa chất phối hợp để tạo thành. b. Phương pháp tẩm hóa học Đem chất chống cháy bơm vào trong gỗ hoặc tác dụng phản ứng với các thành phần trong gỗ. Mà tác dụng chống cháy chủ yếu được thể hiện ở việc làm chậm cháy nâng cao nhiệt độ của gỗ khi bắt lửa giảm bớt tốc độ lây lan của ngọn lửa. Phương pháp ngâm tẩm hóa học được chia thành: phương pháp áp lực và phương pháp thường. + Phương pháp ngâm thường. Phương pháp này được phân thành phương pháp ngâm và phương pháp tẩm nóng lạnh. - Phương pháp ngâm: dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất trong phòng, hoặc có gia nhiệt. Đem gỗ ngâm vào trong dung dịch chống cháy có nồng độ thấp làm cho gỗ thấm hút chất chống cháy. - Phương pháp ngâm tẩm nóng lạnh: phương pháp này do C.A người Mỹ phát minh năm 1967. Do hiệu quả của nó tương đối tốt nên đến nay vẫn còn được sử dụng. Nguyên lý của phương pháp này: đem gỗ đặt trong dung dịch chống cháy được gia nhiệt ở điều kiện thường áp trong nhiều giờ tùy thuộc vào sự tăng cao nhiệt độ bên trong mà lượng không khí bên trong gỗ giãn nở. Lúc này nhanh chóng đem gỗ xử lý nhúng vào dung dịch chất chống cháy nguội do sự lạnh đột ngột không khí trong gỗ co lại, trong lòng gỗ xuất hiện chân không cục bộ, dựa vào sự chênh lệch áp suất giữa bên trong gỗ và dung dịch chống cháy mà dung dịch chống cháy bị thấm hút vào bên trong. Như vậy: sự chênh lệch nhiệt độ của phương pháp nóng lạnh càng lớn thì sự thấm hút dung dịch chống cháy càng nhiều vào trong gỗ. + Phương pháp tẩm áp lực. Đem gỗ và dung dịch chống cháy ngâm vào thùng kín dưới áp suất nhất định dung dịch chất chống cháy đã được thấm vào gỗ. Phương pháp ngâm tẩm áp lực, có rất nhiều, thường dùng là phương pháp tế bào đầy và phương pháp chân không 2 lần. - Phương pháp tế bào đầy (còn gọi là phương pháp hút toàn phần ) Phương pháp này do Bephell I phát minh vào năm 1838 cho nên người ta còn lấy tên cho nó là phương pháp bephell. Phương pháp này là làm cho dung dịch chất chống cháy chứa đầy vào tế bào để đạt được mục đích có lượng thuốc tối đa. Phương pháp này được chia làm 5 giai đoạn. Giai đoạn tiền chân không: khi gỗ được nằm trong thùng xử lý và đã đóng kín, trước khi cho dung dịch chống cháy vào tiến hành hút chân không mà mục đích của nó là làm cho không khí bên trong gỗ được hút ra có lợi cho việc thấm hút chất chống cháy vào. Giai đoạn cho dung dịch chống cháy vào: trong tình hình duy trì độ chân không thì cho dung dịch chống cháy vào trong toàn bộ quá trình cho chất chống cháy nên duy trì áp lực chân không của thùng xử lý và không đổi. Giai đoạn tăng áp: sau khi dung dịch chống cháy đã đổ đầy bồn cắt nguồn chân không, bắt đầu tăng áp. Sau đó duy trì áp suất này cho đến khi lượng dung dịch chất chống cháy đã được xâm nhập vào gỗ. Giai đoạn của quá trình ngược và bài trừ dung dịch chất chống cháy: sau khi tổng lượng hấp thụ đã đạt đến gía trị quy định áp lực xử lý bài trừ trong bồn khi giảm áp mà không khí bị co lại trong lòng tế bào có điều kiện phát sinh giãn nở từ đó làm cho dung dịch chất chống cháy đã thấm vào bị đẩy ra khỏi gỗ, hiện tượng này gọi là quá trình ngược. Giai đoạn hậu chân không: sau khi dung dịch chất chống cháy đã được đưa ra bồn xử lý thì hút chân không đối với bồn mục đích của nó là đẩy bớt một số dung dịch chất chống cháy từ trong tế bào cũng như lượng dư thừa trên bề mặt gỗ. - Phương pháp chân không 2 lần (phương pháp tẩm áp lực thấp). Nguyên lý của phương pháp này: cũng tương tự như phương pháp tế bào đầy. Phương pháp này vào những năm 40 của thế kỷ 20 Tại nước Mỹ để nhanh chóng xử lý gỗ làm đồ mộc làm cho bề mặt sản phẩm được sạch sẽ mà xây dựng nên phương pháp này. Khi thao tác đem gỗ cần xử lý đặt vào trong bồn chứa, rút chân không loại bỏ không khí trong gỗ và trong bồn. 2.1.4.3. Giải pháp biến tính chống ẩm Nguyên tắc xử lý chống ẩm của gỗ là thay đổi sự hút ẩm và tính năng co giãn của nó. Sự co giãn của gỗ là do sự th._.