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

nhà nghiên cứu về chế biến lâm sản phải làm thế nào để biến tính được gỗ rừng trồng thay thế cho gỗ rừng tự nhiên mà giá thành sử dụng không quá cao. Chính vì vậy mà ngành công nghệ biến tính gỗ ra đời. Gỗ rừng trồng thường có tính chất cơ lý thấp: khối lượng thể tích thấp, mềm nhẹ, đặc biệt là ứng suất sinh trưởng lớn. Chính vì những tính chất trên của gỗ rừng trồng mà ta thấy không thể trực tiếp đưa gỗ rừng trồng vào làm nguyên liệu cho ngành chế biến lâm sản. Cần phải biến tính nó. Biến tính có thể thực hiện theo các hướng sau: biến tính chống cháy, biến tính chống ẩm, biến tính Polime hóa, biến tính theo hướng nén ép - hóa dẻo. Để góp phần nhanh chóng đưa gỗ mọc nhanh rừng trồng và sử dụng có hiệu quả được sự đồng ý của khoa chế biến lâm sản trường Đại Học Lâm Nghiệp tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm Urea đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính" Chương 1: những vấn đề chung 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Tình hình trên thế giới Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai con người đã sử dụng gỗ nén ép làm thoi dệt và tay đập của máy dệt. Tuy nhiên, do giá thành sản xuất quá cao, vì vậy mà công dụng bị hạn chế[3]. Vào năm 1930 người Đức đã sản xuất ra gỗ nén và được tiêu thụ trên thị trường với thương hiệu LIGNOSTONE chủ yếu dùng để sản xuất thoi dệt và cán công cụ,… Mặc dù vậy gỗ nén theo phương pháp này tạo ra vật liệu hình dạng không ổn định để khắc phục các nhà khoa học đưa vào gỗ các hóa chất dưới dạng monome hoặc polyme. Năm 1936 các nhà khoa học ở Liên Xô đã đưa vào gỗ dung dịch bakelit 5%-10%. Cùng với sự tiến bộ của thời đại và sự phát triển của khoa học kỹ thuật con người đã không ngừng tìm tòi nghiên cứu ra các phương pháp uốn cong các loại gỗ, mềm hóa. Sấy khô thành hình từ đó đạt kết quả lớn. Bên cạnh đó, do điều kiện khí hậu khô hanh cùng với sự rủi ro không may dẫn đến hỏa hoạn hoặc làm cho ngọn lửa bùng phát mở rộng gây thiệt hại rất lớn cả người và của. Theo báo cáo tại Mỹ có tới 21% vụ hỏa hoạn là do dẫn đến từ nguồn Cellulose, giấy, gỗ. Đại bộ phận là nhà ở trong đó 70% là nhà kết cấu gỗ[3]. Như vậy một vấn đề đặt ra là làm thế nào cho gỗ dễ cháy thành gỗ khó cháy và khi di dời khỏi nguồn lửa tự nó có thể tắt. Đây là vấn đề được nhân loại quan tâm từ rất sớm. Thời kỳ trước công nguyên con người đã xử dụng dung dịch muối sunfat kép với mục đích là cản trở sự bắt cháy. Đây là kỹ thuật làm chậm cháy cho gỗ đầu tiên được sử dụng trong lịch sử nhân loại. Năm 1970 sở nghiên cứu chống cháy Tứ Xuyên thuộc bộ công an Trung Quốc đã nghiên cứu tạo ra chất chống cháy Acrylic acid ứng dụng trong công trình nhà gỗ tới năm 1986 lại đưa ra chất chống cháy thế hệ hai của Acrylic acid là B60-2 mở rộng vào thị trường[3]. Mặt khác, khí hậu ẩm ướt là điều kiện thuận lợi cho sâu nấm hại đồ mộc và gỗ dẫn đến làm giảm tuổi thọ. Vì vậy vấn đề chống ẩm cho gỗ rất quan trọng. Có thể chống ẩm theo hai hướng: ngăn cách gỗ với môi trường, chống trương nở cho gỗ, hóa chất có thể dùng là paraffin hoặc polyethylenglycol (PEG). Tùy theo điều kiện kinh tế khoa học phát triển đến đâu mà mỗi nước áp dụng những phương pháp biến tính gỗ khác nhau như Mỹ, Nhật, Nga, Phần Lan, đang sử dụng những phương pháp nhiệt cơ, hóa cơ, hóa học, nhiệt hóa, bức xạ- hóa học. Mục đích để nâng cao tính chất của gỗ[3]. 1.1.2. Tình hình trong nước Trong những năm gần đây biến tính gỗ đã được các nhà khoa học trong nước nghiên cứu. Với điều kiện hiện có của ngành chế biến lâm sản việc áp dụng những thành tựu khoa học về biến tính thực sự đang là một hướng đi tốt cho ngành chế biến lâm sản. Tuy nhiên, những nghiên cứu về nó để áp dụng vào thực tiễn là rất ít, tại trường Đại Học Lâm Nghiệp đã có một số công trình nghiên cứu của giảng viên và sinh viên khoa Chế Biến Lâm Sản. ở nước ta đã có một số nghiên cứu như sau: - T.S. Trần Văn Chứ sản xuất ván dăm chậm cháy; - T.S. Hoàng Tiến Đượng nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng ván dăm trong đó xử lý dăm bằng nhiệt; Ngoài ra còn có một số nghiên cứu của sinh viên khoa Chế Biến Lâm Sản nghiên cứu về biến tính gỗ. Một số nghiên cứu đó như: Nghiên cứu một số giải pháp làm mềm hóa dẻo gỗ và tiến hành hóa dẻo gỗ bằng axit acetic. Tìm hiểu một số giải pháp nâng cao khối lượng thể tích và tiến hành nâng cao khối lượng bằng nhựa novolac. Nghiên cứu chống trương nở và nứt của gỗ bằng Polietylenglycol (PEG). Song kết quả còn ở mức hạn chế, do điều kiện của ngành nên chưa được áp dụng vào thực tế mà mới dừng lại ở giai đoạn thí nghiệm. 1.2. mục tiêu nghiêncứu - Tìm hiểu một số giải biến tính gỗ qua đó lựa chọn phương pháp nghiên cứu mà phù hợp tạo ra loại gỗ biến tính trên cơ sở nồng độ Urea và thời gian tẩm tạo ra gỗ có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng trương nở trở lại ít. - Tìm ra nồng độ và thời gian hợp lý. 1.3. nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu tìm hiểu một số giải pháp biến tính; + Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính; + Đánh giá ảnh hưởng của thời gian tẩm đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính; 1.4. phương pháp nghiên cứu Hiện nay, khi nghiên cứu về công nghệ người ta hay dùng phương pháp thực nghiệm. Do điều kiện của chúng ta, phương pháp nghiên cứu trong đề tài này tôi tiến hành nghiên cứu lý thuyết, kế thừa và thực nghiệm. 1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp nghiên cứu lý thuyết là tìm hiểu hiểu một số giải pháp biến tính gỗ, cơ chế biến tính gỗ. 1.4.2. Phương pháp kế thừa Trong đề tài này tôi đã kế thừa từ công nghệ biến tính gỗ do nhà xuất bản Bắc Kinh Trung Quốc và một số đề tài nghiên cứu của sinh viên khoa Chế Biến Lâm Sản. 1.4.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng để tiến hành đánh giá ảnh hưởng nồng độ và thời gian đến chất lượng gỗ biến tính. Đề tài sử dụng lý thuyết qui hoạch thực nghiệm bậc hai để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian đến chất lượng gỗ biến tính. Các yếu tố thực nghiệm mức và yếu tố thay đổi của thí nghiệm được trình bày ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Các yếu tố thực nghiệm mức và các yếu tố thay đổi Các mức Giá trị mã Giá trị thực X1(%) X2(%) Mức a trên + a 25 10 Mức dưới + 20 8 Mức cơ sở 0 15 6 Mức dưới - 10 4 Mức a dưới - a 5 2 Bảng ma trận qui hoạch thực nghiệm được trình bày ở bảng 1.2. Bảng 1.2. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm bậc hai N0 X1 X2 Nồng độ(%) t (ngày) 1 + + 20 8 2 - + 10 8 3 + - 20 4 4 - - 10 4 5 +a 0 25 6 6 -a 0 5 6 7 0 +a 15 10 8 0 -a 15 2 9 0 0 15 6 + Các bước tiến hành: - Bước 1: Cắt mẫu theo tiêu chuẩn. - Bước 2: Sấy mẫu. Ban đầu sấy mẫu ở nhiệt độ 600C trong ba giờ để gỗ ổn định, đồng thời tránh nứt mẫu sau khi nâng nhiệt độ lên 100 ± 20C cho đến khi mẫu đạt độ ẩm yêu cầu. - Bước 3: Ngâm mẫu trong dung dịch Urea với các cấp nồng độ và thời gian như bảng 1.2. - Bước 4: Sấy mẫu sau khi ngâm và nén mẫu. - Bước 5: Kiểm tra mẫu theo tiêu chuẩn. + Các tiêu chuẩn kiểm tra như sau. - Kiểm tra khả năng co rút, giãn nở trở lại theo tiêu chuẩn TCVN360-70 sửa đổi và TCVN 361- 70 Sửa đổi. - Kiểm tra giới hạn bền uốn tĩnh theo tiêu chuẩn TCVN365-70 - Kiểm tra giới hạn bền khi nén dọc thớ theo tiêu chuẩn TCVN 362-70 - Kiểm tra khối lượng thể tích theo tiêu chuẩn TCVN 360-70 sửa đổi - Kiểm tra khả năng trang sức bề mặt theo tiêu chuẩn ộOCT 15140-78 Quá trình nén ép gỗ được trình bày ở hình 1.1 và 1.2. 1.5. Phạm vi nghiên cứu 1.5.1. Các yếu tố cố định - Nguyên liệu: nguyên liệu sử dụng nghiên cứu là gỗ Bồ đề có tên khoa học là Styrax tonkinensis- Pierre được chặt hạ tại Yên Bái mua ở huyện Phù Ninh tỉnh Phú Thọ.` Các mẫu thí nghiệm được cắt ở thân cây. - Yếu tố thuộc về công nghệ gồm có thời gian ép, khuôn máy ép, áp suất ép, thanh nén … - Hóa chất. Đề tài sử dụng hóa chất là Urea 99% để ngâm gỗ. 1.5.2. Các yếu tố thay đổi Đề tài ngâm gỗ trong dung dịch Urea với nồng độ và thời gian thay đổi theo qui hoạch thực nghiệm như sau. N(%) 5 10 15 20 25 t(ngày) 2 4 6 8 10 Hình:1.2. Máy nén ép mẫu Hình:1. 1. Hình ảnh khuôn nén gỗ Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1. Một số giải pháp biến tính gỗ 2.1.1. Một số đặc điểm tính chất của gỗ liên quan đến biến tính 2.1.1.1. Đặc điểm cấu tạo gỗ và thành phần trong gỗ Gỗ được cấu tạo từ các tế bào gỗ, khi tế bào gỗ trưởng thành 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 từ môi trường vào trong gỗ, xảy ra hiện tượng trương do tác động của nước với các cấu tử trong gỗ như Cellulose, Hemicellulose và Lignin làm cho cấu trúc và tính chất cơ học, vật lý của gỗ thay đổi [4], [5]. Các thành phần chủ yếu trong gỗ gồm Cellulose, Hemicellulose và Lignin đó chính là ba thành phần chủ yếu trong gỗ. Do vậy có liên quan trực tiếp đến tính chất của gỗ. 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. Phân tử Cellulose Cellulose: là một chất hữu cơ cao phân tử thiên nhiên có công thức (C6H10O5)n phân tử Cellulose là sự liên kết của các phân tử D-Glucose, chuỗi Cellulose chứa từ 2000 á 3000 phân tử monome liên kết với nhau ở vị trí 1 - 4 tạo nên sợi cơ bản [1], [2]. Cấu tạo phân tử Cellulose được mô tả như hình 2.1. Trong quá trình tạo thành các dẫn xuất của Cellulose khả năng phản ứng của các nhóm chức hyđroxyl đóng vai trò quan trọng. Quá trình trương của Cellulose Cellulose là phân tử có cực như vậy dung môi gây trương hay hòa tan Cellulose cũng phải là dung môi có cực. Thực chất quá trình trương của Cellulose là quá trình tác nhân gây trương xâm nhập vào bứt phá các liên kết cầu hyđro giữa các phân tử Cellulose cạnh nhau, khi đó làm cho khoảng cách các Cellulose tăng lên, liên kết của chúng yếu đi, các phân tử Cellulose dễ bị xê dịch và trở nên lỏng lẻo hơn, đồng thời khi liên kết cầu hyđro bị phá vỡ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các tác động khác làm thay đổi cấu trúc của phân tử Cellulose trong gỗ. Như vậy hiện tượng trương của Cellulose có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ biến tính gỗ, nó làm cho tính chất cơ học, vật lý và hóa học của gỗ thay đổi. Quá trình trương của Cellulose trong nước hình 2.2 . OH OH O HO HO HO O O OH OH OH O O O H H H H H O OH OH O O OH O H H O O H H H O H H H (a) (b) Hình 2.2. Trong đó: (a) liên kết với hydro; (b) quá trình trương của Cellulose trong nước Lignin: Lignin là thành phần thứ hai sau Cellulose tạo nên vách tế bào gỗ, vai trò của Lignin được xem như chất liên kết, bao bọc giữa các tế bào, Lignin tập trung vào vùng không gian giữa các tế bào. Thực chất Lignin là một tập hợp chất hữu cơ; dưới tác động của nhiệt độ Lignin có thể bị mềm hóa, nóng chảy, song ở những điều kiện nhất định và nhiệt độ thích hợp chúng lại liên kết đóng rắn. Lignin cũng có tính chất trương và hòa tan trong những dung môi thích hợp như dung dịch kiềm. Song so với Cellulose, Lignin kém ổn định hơn nhiều. Thành phần cấu tạo của Lignin rất phức tạp, Lignin là một cao phân tử gồm các đơn vị Phenylpropan, các nhóm chức cơ bản trong Lignin gồm nhóm Metoxyl (OCH3), Hyđroxyl (OH). Các đơn phân tử trong Lignin liên kết với nhau bằng những liên kết ete và liên kết C- C tạo ra cấu trúc mạng phức tạp. Liên kết C- C rất bền vững với các xử lý hóa học và là yếu tố cơ bản ngăn cản sự tạo thành các đơn phân tử Lignin trong những xử lý hyđro hóa, phân giải bằng Etanol [2]. Hemicellulose: Cũng tương tự như Cellulose, Hemicellulose là những chất polysaccharides cấu tạo nên vách tế bào nhưng so với Cellulose thì có phần kém ổn định hóa học hơn, dễ bị phân giải ở nhiệt độ cao Hemicellulose gồm pentosan (C5H8O4)n và hexosan (C6H10O5)n. Với các loại gỗ khác nhau thì hàm lượng pentosan và hexosan là khác nhau, ở cây gỗ lá rộng thì hàm lượng pentosan nhiều (19%-23%) và hexosan (3%-6%), đối với gỗ lá kim tỷ lệ pentosan và hexosan xấp xỷ nhau (10%-12%). Pentosan có thể dùng dung dịch xút loãng nồng độ 4%-5% trích ly từ gỗ ra, các acid vô cơ làm cho pentosan thủy phân biến thành đường theo phương trình sau: (C5H8O4)n +nH2O đ nC5H10O5 (2- 1) Hexosan gần giống với Cellulose, điểm khác nhau chủ yếu là nó dễ bị thủy phân biến thành đường theo phương trình: (C6H10O5)n + nH2O đ nC6H12O6 (2- 2) Nói chung Hemicellulose dễ bị thủy phân dưới tác dụng của acid. 2.1.1.2. Biến đổi cấu trúc và tính chất của gỗ dưới tác dụng của nhiệt độ cao Hiroshijnno (1993), Misato Norimoto và Joseph Gril khi nghiên cứu cấu trúc và tính chất của gỗ dưới tác động của nhiệt độ và tác nhân hóa học đã đưa ra một số mô hình tương tác trong gỗ như hình 2.3 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 2.3. 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 trong tế bào; 3, 6- có tác nhân điền đầy ruột tế bào. B : sự biến đổi tương tác giữa tác nhân và Cellulose trong gỗ. Tác nhân xử lý; a: ký hiệu chuỗi Cellulose; b: các nhóm hyđroxyl; c: liên kết hyđro; d, e: hướng xê dịch của phân tử Cellulose. Sự tác động có thể chia làm hai dạng tùy theo sự xâm nhập của tác nhân và tác động của nó: như ở hình 2.3 - A - tác động của tác nhân vào tế bào; 2.3 - B - tác động của tác nhân đối với vách tế bào. 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 ở 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 khi chưa có tác nhân xử lý xâm nhập, giữa chúng có các liên kết cầu hyđro, đây là liên kết yếu do vậy giữa các sợi Cellulose dễ bị đẩy trượt nhau theo hướng e, d khi có sự phá vỡ liên kết cầu bằng nước hoặc tác nhân xử lý và khi đó lực hấp dẫn giữa các Cellulose cạnh nhau yếu đi. Mô hình B - 1: khả năng biến đổi khi có xử lý tác nhân , tùy theo tác nhân mà có thể xảy ra ở các dạng khác nhau (B - 2 á B - 9). B - 2 và 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 thực hiện nối hai vị trí phản ứng của những nhóm hyđroxy. B - 2 thực hiện liên kết ở trạng thái khô còn B - 3 thực hiện ở điều kiện gây trương liên kết do vậy khi sấy lại thì cấu trúc thay đổi trở lại như ở trạng thái khô, cả hai trạng thái trên đều cản lại sự xê dịch lẫn nhau theo phương d và e 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, 7: tác nhân có tạo một liên kết bền vững ở một phía tuy nhiên B - 6 chất tác động kỵ nước còn B - 7 thì là tác nhân dễ hút nước. B - 8: tác nhân sẽ hút nước mạnh, tạo những liên kết hyđro rất thuận lợi ở 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 đẩy sợi Cellulose ra xa nhau hơn. Sự thay đổi tính chất của gỗ do tác nhân xử lý. Khi gỗ được xử lý hóa học, các tác nhân xử lý sẽ có sự xâm nhập vào trong các tế bào, 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 của gỗ có sự thay đổi. Sự tác động của các tác nhân chủ yếu vào các liên kết cầu hyđro ngang giữa các cấu tử đặc biệt xét đến liên kết hyđro giữa các phân tử Cellulose. Khi có tác động của tác nhân xử lý vào các cấu tử gỗ, giữa các cấu tử có sự thay đổi: sự thay thế của một sỗ nhóm chức, khoảng cách giữa các cấu tử, khối lượng phân tử… sự biến đổi các cấu tử của gỗ làm cho tính chất cơ lý của gỗ thay đổi theo. Sự biến đổi của nhóm chức hyđroxy sẽ làm cho tính hút nước, hút ẩm thay đổi. Sự thay đổi khoảng cách giữa các phân 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. Phân tích các dạng tác động xử lý trình bày ở phần trên ta thấy xu hướng biến đổi tính chất của gỗ cụ thể như sau: Đối với xử lý ở dạng B - 2: độ hút nước giảm đi vì khoảng cách giữa các Cellulose không tăng lên, liên kết các nhóm hyđroxy vững chắc hơn, giảm số nhóm hyđroxyl trong gỗ. Xử lý ở dạng B - 3: gỗ trở lên mềm dẻo hơn, tính hút nước giảm đi nhưng độ cứng vững thấp. Với dạng xử lý B - 4: tính hút nước giảm đi, độ ổn định cao, gỗ mềm hơn. Xử lý xảy ra ở dạng B - 7: tính hút ẩm không giảm độ mềm dẻo tăng lên. Với xử lý ở dạng B - 8: tính hút ẩm và độ mềm dẻo tăng lên. Xử lý ở dạng B - 9 : tính hút ẩm giảm độ mềm dẻo tăng lên. Nói chung nếu có tác động hoặc dùng tác nhân hóa học nào đó xử lý sao cho có thể thay thế nhóm hyđroxyl trong gỗ thành nhóm kỵ nước, ổn định, có kích thước lớn nhóm hyđroxyl thì nguyên liệu sẽ ít hút nước, ít trương nở và độ mềm dẻo cao hơn[3]. 2.1.2. Một số giải pháp biến tính Biến tính gỗ là quá trình tác động hóa học, cơ học, nhiệt học hoặc đồng thời làm thay đổi lại cấu trúc của gỗ mà chủ yếu là tác động vào nhóm hyđroxyl. Quá trình này làm cho các chất của gỗ thay đổi. Biến tính gỗ thực hiện theo các hướng sau 2.1.2.1 - Biến tính theo hướng chống ẩm Gỗ là một loại vật liệu có nhiều ưu điểm, song nó lại có nhược điểm đó là có tính hút ẩm rất mạnh. Chính vì thế mà rất dễ bị phát sinh sâu, nấm phá hoại. Do đó cần phải xử lý chống ẩm cho gỗ. Nguyên tắc xử lý chống ẩm cho gỗ là phải duy trì được những tính chất ưu việt vốn có của gỗ mà chỉ làm thay đổi sự hút ẩm và những tính năng co giãn của nó. Sự co giãn của gỗ là do sự thay đổi độ ẩm của gỗ mà gây nên, nó phát sinh ở dưới điểm bão hòa thớ gỗ. Có thể tiến hành xử lý theo hai hướng như sau: (1) Xử lý chỉ nằm gọn trong khu vực phi kết tinh của Cellulose trong vách tế bào. ( 2) Không xử lý vách tế bào mà chỉ điền đầy, lắng đọng hóa chất vào trong khoang tế bào gỗ. Phương pháp xử lý chống ẩm thường dùng nhất là phủ lên bề mặt một loại chất phủ hoặc dán một lớp vật liệu lên mặt. Ngoài ra có thể đem hòa tan chất kỵ nước vào dung môi dễ bay hơi tạo thành hỗn hợp có tính lưu động cao có độ nhớt thấp có thể thấm vào gỗ. Phương pháp này gọi là ngấm phủ bề mặt. Hóa chất xử lý chống ẩm có thể dùng là Paraffin hoặc Polyethylenglycol (PEG). Xử lý bằng Paraffin: Đem nhựa Paraffin phân tử lượng thấp thấm vào trong gỗ, gia nhiệt làm cho phản ứng tiếp diễn, cứng hóa mà hình thành nhựa nhiệt rắn, kích thước gỗ được xử lý ổn định. Những nghiên cứu của Goldstein đã chỉ rõ tính ổn định kích thước của gỗ khi xử lý có quan hệ mật thiết với nhóm OH trong nhân benzen của nhựa phenol - formaldehyde, mà hàm lượng của nhóm OH thuộc nhóm Paraffin lại tỷ lệ nghịch với mức độ đa tụ của nhựa. Do đó, nhựa phenol- formaldehyde có phân tử lượng thấp sẽ có hàm lượng nhóm OH cao, khi cứng hóa ở nhiệt độ cao nó có thể kết hợp với gốc OH của gỗ, mà hiệu quả tăng dung tích của nó được thể hiện rõ nét, tỷ lệ chống trương nở (ASE) cũng cao, tính năng phòng chống mục và sâu mọt của gỗ xử lý được tăng lên rõ rệt so với gỗ nguyên [3]. Xử lý bằng PEG: PEG là một chất tan trong nước không màu, không mùi nhưng khi phân tử lượng cao ở trạng thái nhiệt độ không khí (200C) nó ở thể rắn, không độc với người và gia súc, nguy cơ cháy thấp. Trong một điều kiện độ ẩm tương đối thì PEG có phân tử lượng thấp có tính hút nước lớn hơn. Còn đối với PEG có phân tử lượng cao có tính hòa tan trong nước lại kém mà lại khó thấm sâu thâm nhập vào vách tế bào, chỉ có thể điền đầy gian bào. Thực chất xử lý là sự thay thế thành phần nước trong gỗ hoàn toàn bởi Polyethylenglycol đồng thời làm cho gỗ duy trì trạng thái trương nở, từ đó làm cho kích thước của gỗ ổn định. Khi xử lý độ ẩm gỗ lớn thì tỷ lệ tồn đọng của PEG trong gỗ cũng lớn, tỷ lệ chống trương nở ASE của gỗ được xử lý cũng cao. Do vậy đối với gỗ tươi thì hiệu quả xử lý tốt hơn gỗ khô[3]. 2.1.2.2 -Biến tính theo hướng chống cháy Ta biết rằng gỗ là một loại vật liệu quan trọng trong đời sống dân sinh. Gỗ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực, gỗ hay gỗ nhân tạo đều là các hợp chất hữu cơ tố thành bởi cacbon, hydro, oxy, chúng đều có khả năng cháy. Vì vậy vấn đề xử lý chống cháy cho các sản phẩm gỗ là rất quan trọng và được đặt vào chương trình nghị sự. Các chất hóa học được sử dụng được gọi là chất chống cháy hay chất chậm cháy. Xử lý chống cháy là quá trình hóa học nhằm cải thiện sự chống cháy của vật liệu. Phương pháp xử lý chống cháy cho gỗ thường chia thành hai loại: *Phương pháp xử lý bề mặt Phương pháp xử lý bề mặt là 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[3]. *Phương pháp ngâm tẩm hóa học: Phương pháp ngâm tẩm hóa học là đem chất chống cháy bơm thấm vào bên trong gỗ. Phương pháp ngâm tẩm hóa học được phân thành: phương pháp áp lực và thường áp[3]. 1) Phương pháp ngâm thường Phương pháp ngâm thường áp lực được phân thành phương pháp ngâm và phương pháp nóng lạnh. (+) Phương pháp ngâm Phương pháp ngâm là dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ trong phòng, hoặc có gia nhiệt. Đem gỗ ngâm 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 ngâm tẩm nóng lạnh được phát minh năm 1967 do Seeleif C.A. người Mỹ. Nguyên lý của phương pháp này là đem gỗ đặt vào dung dịch chống cháy được gia nhiệt ở điều kiện thường áp trong nhiều giờ tùy thuộc sự tăng cao nhiệt độ bên trong gỗ mà lượng không khí bên trong gỗ giãn nở, từ đó mà áp lực khí trong lòng gỗ cao hơn áp lực bên ngoài. 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 bị 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. 2) Phương pháp ngâm tẩm áp lực Phương pháp ngâm tẩm áp lực thường dùng là phương pháp tế bào đầy và phương pháp chân không hai 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, người ta còn gọi là: phương pháp Bephell. Phương pháp này là làm cho dung dịch chống cháy chứa đầy vào tế bào để đạt được mục đích là có lượng thuốc tối đa. Nguyên lý của phương pháp là đầu tiên tiến hành hút chân không (15 phút - 1 giờ) sau đó cho dung dịch chống cháy vào (vẫn duy trì áp lực chân không) tiếp theo là ta tiến hành tăng áp từ 1- 1.4 MPa ( khi tăng áp cắt nguồn chân không) sau khi lượng hấp thụ đã đạt quy định thì tiến hành quá trình hút chân không lần cuối mục đích là đẩy lượng chất chống cháy dư thừa ra khỏi bề mặt gỗ để khi lấy gỗ ra không có hiện tượng chảy rớt. (+) Phương pháp chân không hai lần Nguyên lý thao tác của phương pháp này cũng tương tự như phương pháp tế bào đầy nhưng áp lực chỉ sử dụng vào khoảng 1/10 so với áp lực dùng trong phương pháp tế bào đầy[3]. 2.1.2.3 - Biến tính theo hướng polime hóa Sử dụng các hydratcacbon không no hoặc các chất có độ đa tụ thấp sau khi đa tụ sơ bộ dùng phương pháp chiếu xạ hoặc gia nhiệt để cung cấp năng lượng cho chúng đa tụ tiếp trong gỗ đây gọi là gỗ polime hóa(WPC). WPC là một loại ván phức hợp giữa gỗ và keo làm chủ thể. * Nguyên liệu 1) Gỗ: nên lựa chọn những loại gỗ có tính thấm tốt, cây gỗ lá rộng mạch phân tán là tương đối thích hợp. 2) Dung dịch nhựa: dùng chủ yếu là: Styrene (ST), nhựa không bão hòa UPE, đơn thể thuộc họ C4H4, CrotonicAcid (MMA)… Các loại nhựa này đều có thể sử dụng đơn độc, cũng có thể hỗn hợp với nhau theo tỷ lệ nhất định, dung dịch nhựa hỗn hợp có hiệu quả rất tốt. 3) Chất phủ: + Chất nhuộn màu: cho vào trước khi sử dụng nó có thể làm cho WPC có màu sắc đã định trước. + Dung dịch liên kết: thường dùng là Methyl Crotonic. + Dung dịch xúc tiến: các loại Amin, Na2SO3, NaHO3. + Chất chống cháy: thường dùng là hỗn hợp có chứa Halozelle, đơn thể hàm chứa phôt pho. * Phương pháp thấm nhựa Thông thường cũng như phương pháp thấm thuốc bảo quản. * Phương pháp tụ hợp: có thể phân thành phương pháp chiếu xạ và phương pháp gia nhiệt xúc tác. + Phương pháp chiếu xạ: dùng tia có năng lượng cao để chiếu xạ gỗ đã được ngâm tẩm nhựa làm cho nó phát sinh phản ứng tụ hợp trên cơ sở đó hình thành WPC. + Phương pháp gia nhựa xúc tác: dựa vào tác dụng gia nhiệt và chất dẫn phát được vào nhựa mà gây nên phản ứng tụ hợp hình thành WPC. Với phương pháp này đầu tư ít, công nghệ đơn giản. Tính chất của WPC: có độ cứng, độ dẻo, độ bền lâu, độ chịu mài mòn và tính ổn định kích thước đều lớn hơn so với gỗ nguyên. Ngoài ra tính chống cháy, chống mục mọt đều cao hơn gỗ nguyên. Khả năng chống chịu nước lớn hơn so với gỗ nguyên. WPC có khả năng hút nước giảm là do tác dụng cản trở của cao phân tử trong gỗ làm cho nước không khuếch tán được. Biên độ tăng tính chất cơ học rất cao chủ yếu là độ cứng và cường độ nén ngang thớ, còn tính chất cơ học khác đại thể lớn hơn 1.5 - 2 lần so với gỗ nguyên. So với gỗ nguyên thì tính chống chịu khí hậu của WPC được nâng cao rất nhiều. Do vậy WPC dùng cho các công trình ngoài trời mà không cần trang sức bảo vệ bề mặt. 2.1.2.4 - Biến tính tăng khối lượng theo nén ép- hóa dẻo Xử lý hóa mềm gỗ có thể phân thành 2 dạng: Đó là phương pháp vật lý và phương pháp hoá học. (1). Phương pháp vật lý Phương pháp vật lý: lấy nước làm dung dịch hoá mềm, đồng thời gia nhiệt cho đến khi gỗ đã được hoá mềm.  Phương pháp luộc Dùng nước nóng đun sôi hoặc hơi nước ở nhịêt độ cao. Thời gian xử lý tuỳ thuộc vào chủng loại gỗ, Thông thường lấy nhiệt độ lớn hơn 800C để xử lý, thời gian xử lý từ 60 - 100 phút. ‚ Phương pháp gia nhiệt cao tần Đem gỗ đặt vào giữa hai bản cực của máy cao tần, nối điện áp cao tần, giữa hai bản cực sẽ xuất hiện dòng cảm ứng cao tần. Dưới tác dụng này, giữa các phân tử gỗ với nhau có sự cọ sát mãnh liệt. Như vậy làm cho trong từ trường đã biến đổi điện năng thành nhiệt năng, từ đó làm cho gỗ được gia nhiệt và mềm hóa. ƒ Phương pháp gia nhiệt Viba Tần số của Viba nằm trong khoảng 300MHz đến 300GHz, bước sóng dài 1 - 1.000mm. Khi dùng Viba 2450MHz chiếu rọi vào gỗ có độ ẩm bão hoà, bên trong gỗ nhanh chóng phát nhiệt do áp lực bên trong của gỗ tăng lên, thành phần nước bên trong có xu hướng thoát ra phía ngoài dưới dạng nước nóng hoặc dạng hơi nước nóng, gỗ rõ ràng bị mềm hóa. (2). Phương pháp xử lý bằng dung dịch hóa học Đặc điểm của phương pháp xử lý này là gỗ được hóa mềm triệt để, không bị hạn chế bởi loài cây. Dung dịch hóa chất thường dùng trong xử lý có xử lý bằng kiềm, xử lý Amoniac trong đó xử lý Amoniac là có hiệu quả rất tốt.  Phương pháp xử lý kiềm Phương pháp này là đem gỗ ngâm vào dung dịch NaOH nồng độ 10 - 15% hay dung dịch KOH nồng độ 15 - 20%, sau một thời gian nhất định gỗ đã được mềm hóa rõ ràng, vớt gỗ ra dùng nước sạch rửa sạch là có thể tiến hành uốn nén. Phương pháp này hiệu quả hóa mềm rất tốt, nhưng gỗ dễ xuất hiện biến màu và sứt cạnh. ‚ Xử lý Amoniac Năm 1955 Stamm là người đầu tiên đề xuất dùng Amoniac để hóa mềm gỗ. ‹1› Xử lý bằng dung dịch Amoniac: Đem gỗ khô tuyệt đối ngâm vào trong dung dịch Amoniac lỏng – 330C đến - 780C trong khoảng 0.5 – 4giờ sau đó lấy ra, khi nhiệt độ dần tăng lên đến nhiệt độ nhất định nào đó ở trong phòng, gỗ đã được mềm hóa. Khác với phân tử nước Amoniac có thể thấm sâu vào vùng kết tinh của Cellulose làm cho vùng kết tinh mở rộng và trở nên lỏng lẻo, dẫn đến giữa các phân tử Cellulose với nhau phát sinh sự chuyển động tương đối, do đó thể hiện rõ tính dẻo của nó. Để ngăn ngừa sự co rút của gỗ khi Amoniac bay hơi có thể cho vào dung dịch Amoniac một số chất chống bay hơi. Một số giải pháp xử lý dùng chất chống bay hơi đó như sau: ‹2› Xử lý nước Amoniac: Đem gỗ có độ ẩm 80 - 90% ngâm vào trong nước Amoniac nồng độ 25%, giữ nhiệt độ và áp suất trong phòng để tiến hành làm mềm hóa, thời gian xử lý được quyết định bởi quy cách kích thước và chủng loại gỗ, có khi kéo dài đến mười mấy ngày. Sau khi xử lý hóa mềm tiến hành ép là có thể thu được độ nén có dung trọng 1,0 - 1,3 g/cm3, loại gỗ này được gọi là gỗ nén dẻo hóa Amoniac. ‹3› Xử lý khí Amoniac: Khí Amoniac được khuyếch tán trong gỗ được thấm sâu vào, sự thấm của nó sẽ tốt hơn đối với gỗ được sấy khô bằng dòng khí mà không phải là khô hoàn toàn, do khi độ ẩm của gỗ từ 10 - 25% thì hiệu quả xử lý tương đối tốt. ‹4› Xử lý bằng Urea: Đem gỗ ngâm vào trong dung dịch Urea 50% đối với gỗ có chiều dày 25 mm được ngâm trong 10 ngày trong điều kiện nhiệt độ nhất định được sấy khô đến độ ẩm 20 - 30% sau đó gia nhiệt đến dưới 1000C, tiến hành uốn ép, sấy khô định hình. Để thu được hiệu quả uốn nén càng tốt, trước khi uốn đem gỗ ngâm vào dung dịch Urea đun nóng trong 15 - 20 phút. ‹5› Xử lý Acid Tanic: Nồng độ của dung dịch từ 3 - 15% là thích hợp, khi xử lý gỗ tươi cần nồng độ cao hơn. Ngâm bằng loại dung dịch này có thể dùng nhiều loại phương pháp ngâm tẩm, thông thường dùng phương pháp tế bào đầy. Trong quá trình ngâm tẩm, gỗ sẽ bị mềm hóa, lại gia nhiệt đến 80 - 1000C trong khoảng 10 - 30 phút, làm cho độ dẻo của gỗ tiếp tục tăng lên. Gỗ sau xử lý có thể uốn hoặc ép nén. 2.2. ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất gỗ Dưới tác động của nhiệt độ cao thì sẽ gây ra sự thay đổi cấu trúc liên kết giữa các thành phần tạo vách tế bào và cấu trúc hóa học [17]. Tính chất của gỗ biến đổi dưới tác động của nhiệt độ được lý giải như sau: - Sự hình thành cấu trúc liên kết mới giữa các thành phần trong vách tế bào, khoảng cách giữa các phân tử Cellulose bị giảm đi làm tăng thêm xác suất kết hợp giữa các gốc - OH trong vùng ô định hình, hình thành các gốc H hoặc các chất khác, với tác động này sẽ có lợi cho cường độ cơ học của gỗ [17]. - Các thành phần gỗ bị phân đoạn, hạ bậc hoặc phân giải, như vậy tính chất cơ học, tính hút nước và ổn định của gỗ sẽ thay đổi. Theo Hiroshi (1993), Chrol. Y và P.I.Issinscova [17] cho rằng kết quả sự tăng nhiệt độ sấy sẽ làm giảm tính hút nước của các Polysacharit, độ ổn định kích thước của gỗ tăng lên song ở mức độ cao của sự hạ, phân đoạ._.