Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium Willd)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP



NGUYỄN TRUNG HIẾU


NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ
KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd)

Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản
Mã số: 62 54 03 01



LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2013

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP



NGUYỄN TRUNG HIẾU


NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ
KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd)

Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản
Mã số: 62 54 03 01


LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT


Giáo viên hướng dẫn:
PGS. TS. TRẦN VĂN CHỨ

HÀ NỘI, 2013


i
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC i
DANH MỤC HÌNH iii
DANH MỤC BẢNG v
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
LỜI CAM ĐOAN vii
LỜI CẢM ƠN viii
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4
1.1. Đặc điểm gỗ xử lý nhiệt 4
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 6
1.2.1. Các nghiên cứu về tỉ lệ tổn hao khối lượng gỗ 9
1.2.2. Các nghiên cứu về tính ổn định kích thước 10
1.2.3. Các nghiên cứu về khả năng chống vi sinh vật 12
1.2.4. Các nghiên cứu về tính chất cơ học của gỗ 13
1.2.5. Các nghiên cứu về tính thấm ướt và khả năng dán dính 14
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước 15
1.4. Ứng dụng của gỗ xử lý nhiệt 16
1.5. Nhận xét đánh giá và định hướng nghiên cứu 18
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20
2.1. Thành phần hóa học của gỗ 20
2.1.1. Xenlulo 20
2.1.2. Hemixenlulo 28

2.1.3. Lignin 30
2.2. Quá trình nhiệt giải của gỗ 30
2.2.1. Các giai đoạn của quá trình nhiệt giải gỗ 30
2.2.2. Quá trình nhiệt giải của các thành phần trong gỗ 32
2.3. Cơ chế biến đổi tính chất gỗ do xử lý nhiệt 34
2.3.1. Cơ chế biến đổi khối lượng thể tích gỗ 34
2.3.2. Cơ chế biến đổi tính ổn định kích thước gỗ 34
2.3.3. Cơ chế biến đổi tính chất cơ học của gỗ 37
2.4. Keo tai tượng 42
2.4.1. Đặc điểm nhận biết 42
2.4.2. Đặc tính sinh học và sinh thái học 42
2.4.3. Đặc điểm cấu tạo của gỗ 43
2.4.4. Tính chất 44
2.4.5. Công dụng 44
CHƯƠNG 3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG 45
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
3.1. Đối tượng nghiên cứu 45
3.2. Phạm vi nghiên cứu 45
3.3. Mục tiêu nghiên cứu 45


ii
3.3.1. Mục tiêu lý luận 45
3.3.2. Mục tiêu thực tiễn 46
3.4. Nội dung nghiên cứu 46
3.5. Phương pháp nghiên cứu 47
3.5.1. Phương pháp lý thuyết 47
3.5.2. Phương pháp thực nghiệm 49
3.6. Ý nghĩa của Luận án 63
3.6.1. Ý nghĩa khoa học 63

3.6.2. Ý nghĩa thực tiễn 63
3.7. Những đóng góp mới của Luận án 64
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 65
4.1. Kết quả ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính đến tính chất cơ, vật lý
gỗ Keo tai tượng (thực nghiệm quy hoạch đơn yếu tố) 65

4.1.1. Ảnh hưởng đến độ tổn hao kích thước 65
4.1.2. Ảnh hưởng đến độ tổn hao khối lượng 66
4.1.3. Ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước 70
4.1.4. Ảnh hưởng đến hiệu suất chống hút nước 70
4.1.5. Ảnh hưởng đến cường độ nén dọc thớ 72
4.1.6. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 74
4.1.7. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi 76
4.1.8. Ảnh hưởng đến khả năng dán dính của gỗ do xử lý nhiệt 78
4.2. Kết quả ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính đến tính chất cơ, vật lý
gỗ Keo tai tượng (thực nghiệm quy hoạch đa yếu tố) 80

4.2.1. Ảnh hưởng đến tổn hao khối lượng 80
4.2.2. Ảnh hưởng đến độ tổn hao kích thước 82
4.2.3. Ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước 84
4.2.4. Ảnh hưởng đến hiệu suất chống hút nước 85
4.2.5. Ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ 88
4.2.6. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 90
4.2.7. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi (MOE) 91
4.2.8. Ảnh hướng đến khả năng dán dính của gỗ do xử lý nhiệt 92
4.3. Xác định các thông số nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính 94
4.4. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cấu tạo hiển vi của gỗ 95
4.5. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cấu trúc hóa học của gỗ 97
4.5.1. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ hồng ngoại (FTIR) 98
4.5.2. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ XPS 1067

4.5.3. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 119
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125
1. Kết luận 125
2. Kiến nghị 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO 130
CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 136
PHỤ LỤC 1378



iii
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Gỗ xử lý nhiệt dùng trong công trình lâm viên 18
Hình 1.2. Gỗ xử lý nhiệt sử dụng trong phòng tắm 18
Hình 1.3. Gỗ xử lý nhiệt dùng làm ván ốp tường ngoài trời 18
Hình 1.4. Gỗ xử lý nhiệt dùng sản xuất bàn ghế ăn nhà hàng 18
Hình 2.1. Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ 20
Hình 2.2. Cấu tạo hóa học của xenlulo và các sản phẩm thủy phân xenlulo đã qua
metyl hóa 22

Hình 2.3. Liên kết hydro trong vách tế bào gỗ 23
Hình 2.4. Sự thay đổi của liên kết hydro giữa các phân tử xenlulo trong quá trình xử
lý nhiệt (Nguồn: Jian Li, Wood science, 2002) 36

Hình 2.5. Quá trình nhiệt giải của hemixenlulo trong gỗ (Nguồn: Wood
modification, 2006) 38

Hình 2.6. Quá trình nhiệt giải của xenlulo (Nguồn: Wood modification, 2006) 40
Hình 2.7. Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt (Nguồn:

ThermoWood
®
Handbook) 41
Hình 3.1. Sơ đồ tổng quát quá trình nghiên cứu thực nghiệm của Luận án 48
Hình 3.2. Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu khi xử lý nhiệt cho gỗ Keo
tai tượng 50

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ biến tính nhiệt độ cao cho gỗ Keo tai tượng 54
Hình 3.4. Thiết bị xử lý nhiệt 57
Hình 4.1. Quan hệ giữa thời gian và độ tổn hao kích thước gỗ 66
Hình 4.2. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ tổn hao kích thước gỗ 66
Hình 4.3. Quan hệ giữa thời gian và độ tổn hao khối lượng gỗ 68
Hình 4.4. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ tổn hao khối lượng gỗ 68
Hình 4.5. Quan hệ giữa thời gian và hệ số chống trương nở 70
Hình 4.6. Quan hệ giữa nhiệt độ và hệ số chống trương nở 70
Hình 4.7. Quan hệ giữa thời gian và hiệu suất chống hút nước 71
Hình 4.8. Quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất chống hút nước 72
Hình 4.9. Quan hệ giữa thời gian và độ tăng cường độ nén dọc 73
Hình 4.10. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ tăng cường độ nén dọc 74
Hình 4.11. Quan hệ giữa thời gian và độ giảm độ bền uốn tĩnh 75
Hình 4.12. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ giảm độ bền uốn tĩnh 76
Hình 4.13. Quan hệ giữa thời gian và độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 77
Hình 4.14. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 78
Hình 4.15. Quan hệ giữa thời gian và độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 79
Hình 4.16. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 80
Hình 4.21. Hệ số chống trương nở (ASE) của gỗ Keo tai tượng xử lý với các chế độ
khác nhau 84

Hình 4.22. Đồ thị tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của hệ số
chống trương nở 85




iv
Hình 4.29. Đồ thị tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của độ
giảm độ bền uốn tĩnh 90

Hình 4.30. Độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng xử lý với các chế
độ khác nhau 91

Hình 4.31. Đồ thị tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của độ
giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 92

Hình 4.32. Độ giảm độ bền kéo trượt màng keo của gỗ Keo tai tượng xử lý với các
chế độ khác nhau 93

Hình 4.33 Đồ thị tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của độ giảm
độ bền kéo trượt màng keo 93

Hình 4.34. Lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch gỗ trước khi xử lý 96
Hình 4.35. Lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch gỗ sau khi xử lý (200
o
C, 8h) 97
Hình 4.36. Sơ đồ nguyên lý đo phổ hồng ngoại 98
Hình 4.37. Phổ hồng ngoại của mẫu gỗ Keo tai tượng đối chứng 101
Hình 4.38. Phổ hồng ngoại của mẫu gỗ Keo tai tượng 103
Hình 4.39. Sơ đồ quá trình đo phổ quang điện tử tia X 107
Hình 4.40. Phổ XPS của gỗ Keo tai tượng với giải quét rộng 108
Hình 4.41. Phổ XPS của mẫu đối chứng với giải quét hẹp tại vị trí C1s 110
Hình 4.42. Phổ XPS của mẫu đối chứng với giải quét hẹp tại vị trí O1s 110

Hình 4.43. Phổ XPS của gỗ sau khi xử lý nhiệt với giải quét rộng 113
Hình 4.44. Biểu đồ hàm lượng tương đối nguyên tố C trên bề mặt mẫu ở các chế độ
xử lý khác nhau 114

Hình 4.45. Biểu đồ hàm lượng tương đối nguyên tố O trên bề mặt mẫu ở các chế độ
xử lý khác nhau 115

Hình 4.46. Biểu đồ tỉ lệ O/C trên bề mặt mẫu ở các chế độ xử lý khác nhau 116
Hình 4.47. Phương pháp đo tính độ kết tinh của xenlulo 120
Hình 4.48. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu gỗ Keo tai tượng trước và sau khi xử lý
nhiệt 121

Hình 4.49. Sự thay đổi độ kết tinh của gỗ ở những chế độ xử lý khác nhau 123




v
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Đặc điểm một số công nghệ xử lý nhiệt hiện nay 9
Bảng 1.2. Phân loại và ứng dụng gỗ xử lý nhiệt theo công nghệ ThermoWood 17
Bảng 3.1. Các mức và bước thay đổi của các thông số thí nghiệm 51
Bảng 3.2. Thông số thực nghiệm với 2 yếu tố ảnh hưởng 51
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật của thiết bị xử lý 56
Bảng 4.1. Phân vùng của phổ hồng ngoại 99
Bảng 4.2. Thuộc tính phổ FTIR của gỗ Keo tai tượng đối chứng 102
Bảng 4.3. Số sóng và độ hấp thụ tại vị trí các nhóm chức trong gỗ Keo tai tượng đã
xử lý nhiệt phân tích bằng phổ hồng ngoại FTIR 104


Bảng 4.4. Hàm lượng tương đối của các nguyên tố C và O trên bề mặt mẫu gỗ trước
và sau xử lý nhiệt độ cao 114

Bảng 4.5. Hàm lượng các loại liên kết của nguyên tố C phân tích bằng phổ XPS đối
với gỗ trước và sau khi xử lý nhiệt độ cao 117

Bảng 4.6. Hàm lượng các loại liên kết của nguyên tố O phân tích bằng phổ XPS đối
với gỗ trước và sau khi xử lý nhiệt độ cao 118

Bảng 4.7. Độ kết tinh của xenlulo trong gỗ Keo tai tượng xử lý ở các chế độ khác
nhau 122





vi
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Ý nghĩa
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
MOR Độ bền uốn tĩnh
DMOR Độ giảm độ bền uốn tĩnh
MOE Mô đun đàn hồi uốn tĩnh
DMOE Độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh
ICS Độ tăng cường độ nén dọc
DSG Độ giảm độ bền kéo trượt màng keo
WRE Hiệu suất chống hút nước
ASE Hệ số chống trương nở
ML Độ tổn hao khối lượng

DL Độ tổn hao kích thước
FTIR Phổ hồng ngoài biến đổi Fourier
XPS Phổ quang điện tử tia X
XRD Phổ nhiễu xạ tia X
T Nhiệt độ xử lý
t Thời gian xử lý
Y (X1, X2) Hàm mục tiêu theo các biến X1 và X2




vii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sỹ kỹ thuật mang tên “
Nghiên cứu
công nghệ biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium
Willd) mã số 62 52 24 05 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi xin cam
đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận án là hoàn toàn trung thực và
chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác dưới mọi hình thức.
Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sỹ về lời
cam đoan của mình.


Hà Nội, tháng 8 năm 2013
Tác giả luận án

Nguyễn Trung Hiếu




viii
LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sỹ mang tên “Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt gỗ Keo
tai tượng” (Acacia mangium Willd
) mã số 62 52 24 05 là công trình nghiên
cứu đầu tiên tại Việt Nam. Trong quá trình thực hiện gặp không ít những khó
khăn, nhưng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của các Thầy,
Cô giáo cùng các đồng nghiệp và Gia đình đến nay Luận án đã hoàn thành nội
dung nghiên cứu và mục tiêu đặt ra.
Nhân dịp này, Tôi xin đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo
hướng dẫn PGS.TS Trần Văn Chứ đã h
ết lòng dìu dắt, định hướng, tận tình
hướng dẫn và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị khoa học và thực tiễn để tôi
hoàn thành Luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Khoa Sau Đại học, Khoa
Chế biến lâm sản, Trung tâm Thí nghiệm Khoa học Gỗ, Trung tâm thực
nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng, Trung tâm Thông tin
thư viện, các Thầy, Cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp. Tôi xin chân thành
cảm ơn UBND tỉnh, Sở Nông nghiệp & PTNT, Trường Trung c
ấp Kinh tế-
Kỹ thuật, Lâm trường Vĩnh Hảo tỉnh Hà Giang,…đã tận tình giúp đỡ, tạo điều
kiện và dành thời gian cung cấp thông tin cho tôi trong thời gian tôi thực hiện
Luận án.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới toàn thể gia đình
và những người thân đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất,

tinh thần cho tôi trong suốt thời gian qua.
Hà Giang, tháng 8 năm 2013



Nguyễn Trung Hiếu


ix



1
PHẦN MỞ ĐẦU

Gỗ là loại vật liệu sinh học tự nhiên, có vai trò rất lớn trong sinh hoạt của
con người và bảo vệ môi trường. Gỗ có đặc điểm và phẩm chất đặc biệt mà
các loại vật liệu khác không thể so sánh được, như: màu sắc tự nhiên, ôn hòa,
hoa văn đẹp; ngoài ra gỗ là loại vật liệu có thuộc tính sinh thái, được cấu tạo
nên từ thể phứ
c hợp của các hợp chất cao phân tử tự nhiên, trong đó hàm chứa
trên 50% Carbon – “nguyên tố của sự sống”. Do Carbon trong gỗ tồn tại trong
kết cấu của hợp chất hữu cơ cao phân tử, nên gỗ có tác dụng tích lũy và giảm
thải Carbon, từ đó ngăn cản được “hiệu ứng nhà kính” do hệ sinh thái trái
đất tạo ra và bảo vệ môi trường sống của con người [87].
Gỗ có thể thay thế kim lo
ại, bê tông trong các công trình kiến trúc, từ đó
có tác dụng giảm thiểu lượng khí CO
2
thải ra môi trường. Năng lượng tiêu

hao trong quá trình sản xuất và gia công gỗ ít, căn cứ vào một số thí nghiệm
đo được khi sản xuất khối lượng vật liệu như nhau, bê tông tiêu hao gấp 3-4
lần, chất dẻo tiêu hao 35-45 lần, sắt thép tiêu hao gấp 50-60 lần, nhôm tiêu
hao trên 100 lần so với gỗ [89]. Gỗ có những đặc điểm mà các loại vật liệu
xây dựng khác không thể so sánh được như: hệ số phẩm chất cao l
ại dễ gia
công. Vì vậy năng lượng tiêu hao trong quá trình vận chuyển và gia công luôn
nhỏ hơn rất nhiều so với bê tông và gang thép.
Gỗ là thể hữu cơ phức hợp, còn tồn tại một số nhược điểm, như: dễ mục, dễ
cháy, tính bền kém; tính hút ẩm cao, ứng lực sinh trưởng lớn, dễ nứt nẻ, biến
dạng, kích thước không ổn định… Những nhược điểm này đã h
ạn chế phạm vi
sử dụng và giá trị ứng dụng của gỗ. Vì vậy, để đáp ứng được với các yêu cầu
sử dụng cụ thể, cải thiện hoặc tạo ra công năng mới nào đó của gỗ, thì việc lựa
chọn phương pháp phù hợp để tiến hành xử lý biến tính gỗ, tạo ra loại vật liệu
gỗ mới, từ đó khắ
c phục các nhược điểm do tự nhiên sinh ra hoặc tạo ra gỗ có


2
tính năng mới, nâng cao giá trị, mở rộng phạm vi sử dụng và lợi dụng có hiệu
quả tài nguyên gỗ là rất cần thiết [87] [86].
Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới rất chú trọng đến nghiên cứu
biến tính gỗ. Những năm gần đây, với sự nâng cao của đời sống con người, có
rất nhiều báo cáo của nước ngoài, trong đó đã có những đề xuất về vấ
n đề an
toàn trong việc sử dụng hóa chất xử lý gỗ. Trong các công nghệ xử lý hiện
nay, thị trường của sản phẩm gỗ từ công nghệ xử lý không sử dụng hóa chất
ngày càng được mở rộng. Trong đó, biến tính gỗ theo phương pháp xử lý
nhiệt đã được chú ý đến, các nghiên cứu về biến tính gỗ cũng đã có những

tiến triển nhất định [22] [46].
Công nghệ biến tính nhi
ệt hay biến tính nhiệt là công nghệ xử lý gỗ ở
nhiệt độ trong khoảng 160-260
o
C [30], trong môi trường có vật chất bảo vệ
như hơi nước, khí trơ, không khí ít ôxy…, biến tính nhiệt là công nghệ bảo
quản gỗ thân thiện với môi trường, thông qua biến tính nhiệt có thể cải thiện
được tính ổn định kích thước, tính bền và màu sắc gỗ, sản phẩm gỗ thu được
sau khi xử lý được gọi là “gỗ biến tính nhiệt” hoặc “gỗ Carbon hóa”. Gỗ
biến tính nhiệt có các đặc
điểm như: Màu sắc gần giống với loài gỗ quý hiếm
và ổn định, tính ổn định kích thước cao, khả năng chống vi sinh vật tốt, an
toàn với môi trường, dễ lưu trữ. Tuy nhiên, cũng có một số tồn tại đó là cường
độ gỗ và khả năng dán dính sau khi xử lý biến tính sẽ bị thay đổi nếu công
nghệ xử lý không hợp lý.
Với những ưu điể
m của sản phẩm sản xuất bằng công nghệ biến tính nhiệt
cho thấy việc áp dụng công nghệ biến tính nhiệt trong xử lý biến tính gỗ nói
chung gỗ rừng trồng nói riêng sẽ rất có ý nghĩa về mặt thực tiễn cũng như
tiềm năng trong việc thương mại hóa sản phẩm sản xuất bằng công nghệ này.
Trong những năm gần đây ngành Công nghiệp chế biến g
ỗ của Việt Nam
đã có những bước phát triển vượt bậc; sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam


3
đã có mặt trên thị trường của 120 nước trên thế giới. Kim ngạch xuất khẩu sản
phẩm năm 2011 đạt 4,05 tỷ USD; năm 2012 đạt 4,67 tỷ USD; năm 2013 đạt
5,5 tỷ USD; Hiện nay, đồ gỗ được xem như là mặt hàng xuất khẩu chủ lực và

được xếp vào 16 mặt hàng trọng điểm xúc tiến thương mại Quốc gia.
Thực hiện Chỉ thị số 19/1999/CT-TTg củ
a Thủ tướng Chính phủ ngày 16
tháng 7 năm 1999 về việc thực hiện các biện pháp đẩy 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 ngành kinh tế liên quan đã tích
cực, chủ động tìm kiếm nguyên liệu, cả
i tiến công nghệ, thiết bị … để đẩy
mạnh phát triển sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ. Tuy nhiên, khó khăn hiện nay
của Việt Nam là vấn đề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập khẩu 80%
nguyên liệu, trong đó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm tỷ lệ
rất lớn.
Trong khi đó, với nỗ lực của các chương trình trồng rừng, chúng ta đ
ã có
được một sản lượng lớn gỗ rừng trồng. Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ rất
lớn, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm đã bị cấm khai thác, vì vậy việc nghiên cứu
nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng dùng làm nguyên liệu sản xuất sản phẩm
mộc có giá trị cao là yêu cầu cấp bách đặt ra.
Luận án “Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượ
ng
(Acacia mangium Willd)” sẽ góp phần vào việc áp dụng công nghệ mới, ít
gây tác động xấu đến môi trường nhưng vẫn tạo ra được sản phẩm gỗ đạt yêu
cầu nguyên liệu cho nhiều lĩnh vực từ gỗ mọc nhanh rừng trồng nói chung, gỗ
Keo tai tượng nói riêng.


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Đặc điểm gỗ xử lý nhiệt
Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới rất chú trọng đến nghiên cứu
biến tính gỗ. Những năm gần đây, với sự nâng cao của đời sống con người, có
rất nhiều báo cáo của nước ngoài, trong đó đã có những đề xuất về vấn đề an
toàn trong việc sử dụng hóa chất xử lý gỗ. Trong các công nghệ xử lý hiện
nay, thị
trường của sản phẩm gỗ từ công nghệ xử lý không sử dụng hóa chất
ngày càng được mở rộng. Trong đó, gỗ xử lý nhiệt hay gỗ biến tính nhiệt đã
được chú ý đến, các nghiên cứu về biến tính gỗ cũng đã có những bước phát
triển nhất định [22] [46].
Công nghệ xử lý nhiệt hay biến tính nhiệt là công nghệ xử lý gỗ ở nhiệt
độ trong khoảng 160-260
o
C, trong môi trường có vật chất bảo vệ như hơi
nước, khí trơ, không khí ít ô xy…, là công nghệ bảo quản gỗ thân thiện với
môi trường, thông qua biến tính nhiệt có thể cải thiện được tính ổn định kích
thước, tính bền và màu sắc gỗ, sản phẩm gỗ thu được sau khi xử lý được gọi
là “gỗ xử lý nhiệt” [88] [99]. Gỗ xử lý nhiệt có các đặc điểm sau [9]:
(1) Màu sắc ổn định ôn hòa
Sau khi x
ử lý nhiệt, màu sắc gỗ trở nên đậm hơn, thông thường có màu
nâu nhạt đến nâu, gần giống với màu sắc của một số loại gỗ nhiệt đới quí
hiếm, trong quá trình sử dụng màu sắc tương đối ổn định. Màu sắc gỗ xử lý
nhiệt tạo ra sự thoải mái đối với thị giác, tạo cảm giác ấm cúng và sang trọng,
thân thiện với môi trường và được con người ư
a thích. Vì thế sau khi xử lý
biến tính nhiệt có thể nâng cao giá trị sử dụng của các loại gỗ rừng trồng chất
lượng thấp.
(2) Nâng cao khả năng chống vi sinh vật phá hoại

5
Khả năng chống vi sinh vật phá hoại của gỗ xử lý nhiệt được cải thiện rất
rõ rệt, đối với gỗ sau khi xử lý nhiệt (210
o
C hoặc cao hơn), nhiệt độ làm cho
kết cấu sinh học và tổ thành hóa học của gỗ thay đổi, loại trừ hoặc phá hoại
điều kiện cần thiết để tồn tại của côn trùng, nấm và các loại vi sinh vật tự
nhiên khác. Gỗ trong quá trình xử lý nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt độ,
hemixenlulo bị nhiệt giải tạo ra axit formic, axit acetic, đồng thời các chất
dinh dưỡng phân tử lượng thấp thoát ra ho
ặc bị phá hủy, độ ẩm thăng bằng
của gỗ xử lý nhiệt giảm 50% so với gỗ chưa xử lý, tóm lại do độ axit, bazơ,
chất dinh dưỡng và độ ẩm của gỗ thay đổi, đã phá hoại môi trường sinh tồn
của vi sinh vật và nấm mốc, làm cho khả năng chống vi sinh vật được nâng
lên.
(3) Tính ổn định kích thước tốt
Tính hút nước, hút ẩm của gỗ xử
lý nhiệt giảm xuống, tỉ lệ co rút và dãn
nở của gỗ giảm rõ rệt, giảm thiểu sự chênh lệch giữa co rút chiều xuyên tâm
và tiếp tuyến, từ đó đã cải thiện được tính ổn định của gỗ, tức hệ số chống co
rút, dãn nở tăng lên.
(4) An toàn, thân thiện với môi trường
Biến tính nhiệt là công nghệ chỉ sử dụng tác nhân vật lý, trong quá trình
xử lý chỉ sử d
ụng nhiệt độ và hơi nước hoặc khí trơ, không cho thêm bất cứ
hóa chất nào, do đó gỗ xử lý nhiệt rất an toàn với môi trường, là loại vật liệu
thân thiện với môi trường. Ngoài ra, xử lý nhiệt có thể làm cho các loại gỗ
rừng trồng mọc nhanh trở nên có màu sắc đẹp gần giống với các loại gỗ quí

hiếm, mà lại nâng cao được tính bền của gỗ, từ đó với mộ
t yêu cầu nhất định
có thể thay thế được các loại gỗ quí hiếm, vì vậy biến tính nhiệt rất có ý nghĩa
trong việc bảo vệ môi trường.
(5) Tính chất cơ học của gỗ thay đổi


6
Gỗ sau khi xử lý nhiệt, một lượng lớn hemixenlulo bị phân giải và một bộ
phận lignin bị thay đổi về cấu trúc, làm cho một số chỉ tiêu về tính chất cơ học
của gỗ có xu hướng giảm sút. Nhưng do độ ẩm thăng bằng của gỗ giảm, do đó
với nhiệt độ xử lý thích hợp có thể làm cho mô đun đàn hồi khi chịu uốn và
cườ
ng độ chịu nén của gỗ tăng lên, nhưng cường độ chịu uốn, khả năng chống
va đập và lực bám đinh giảm sút rõ rệt, hơn nữa nhiệt độ càng cao, cường độ
chịu uốn, khả năng chống va đập và lực bám đinh càng thấp.
(6) Khả năng thấm ướt giảm
Gỗ sau khi xử lý nhiệt, hàm lượng nhóm –OH giảm, góc tiếp xúc của chất
lỏng và gỗ
tăng lên, làm giảm khả năng thấm ướt, thậm chí có loại gỗ không
thấm ướt, vì vậy, gỗ xử lý nhiệt thích hợp với sử dụng ở nơi có độ ẩm cao.
(7) Dễ lưu trữ
Gỗ xử lý nhiệt không cần kho lưu trữ đặc biệt, cũng không khống chế
nhiệt độ và độ ẩm của kho, nhưng cần chú ý không được để nước hoặc m
ưa
làm ướt gỗ trong khi lưu trữ.
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Công nghệ xử lý nhiệt có thể cải thiện được một số tính chất của gỗ, hiện
tại đã thu hút sự chú ý của rất nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới.
Từ những năm 1915, trong báo cáo của Tiemann [69] đã chỉ ra, gỗ sau khi

sấy ở nhiệt độ 150
o
C trong thời gian 4h, tính hút ẩm giảm 10-25%, nhưng
cường độ của gỗ cũng có sự giảm sút. Năm 1937, trong báo cáo của Stamm
và Hansen [65] thể hiện, xử lý nhiệt trong điều kiện có các loại chất khí bảo
vệ, độ ẩm bão hòa của gỗ, tỉ lệ co rút, giãn nở của gỗ đều giảm xuống.
Năm 1945, Seborg và các cộng sự [61] đã phát minh ra một loại sản phẩm
gỗ với tên gọi là Staypack. Nă
m 1946, báo cáo của Stamn và đồng nghiệp
[64] biểu thị, xử lý nhiệt có thể nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ mà
không cần phải tiến hành nén, công nghệ này có tên gọi là Staybwood. Nhưng


7
những sản phẩm của các công nghệ nêu trên không thành công khi đưa ra thị
trường. Nguyên nhân có thể do thời điểm đó trên thị trường vẫn tồn tại nhiều
loại gỗ có chất lượng cao. Tuy thế, công nghệ xử lý nhiệt gỗ không bị lãng
quên, mà các nhà khoa học trên thế giới vẫn tiếp tục tiến hành các nghiên cứu
về lĩnh vực này [62] [44] [43] [24] [25] [27] [60].
Những năm trở lại đây, xử lý nhi
ệt gỗ nhờ tính chất đặc biệt và tính thân
thiện với môi trường của nó đã ngày càng được chú ý và đã được ứng dụng
sâu rộng. Công nghệ xử lý nhiệt không có ảnh hưởng xấu đến khả năng dán
dính cũng như khả năng trang sức, trừ một vài chỉ tiêu cơ học của gỗ bị giảm,
tính ổn định kích thước, tính chống ẩm, độ bền được nâng cao rõ rệ
t [68]. Căn
cứ báo cáo của Boonstra [12], lĩnh vực nghiên cứu xử lý nhiệt gỗ lại được bắt
đầu là do các loại gỗ chất lượng cao ngày càng ít, nhằm bổ sung cho nhu cầu
ngày càng tăng về vật liệu xây dựng, giảm sự phá hoại đối với rừng tự nhiên
và giảm việc sử dụng chất xử lý gỗ độc hại, thì việc đi sâu vào nghiên cứu

công nghệ xử lý nhiệt gỗ là vô cùng c
ần thiết.
Theo một số tài liệu nghiên cứu, xử lý nhiệt cho gỗ trong khoảng 160-
260
o
C, trong môi trường có vật chất như hơi nước, khí trơ, không khí ít ô
xy…[31], thông qua giảm thiểu số lượng nhóm –OH trong thành phần của gỗ,
đã giảm khả năng hút ẩm và nội ứng lực của gỗ, từ đó nâng cao tính ổn định
kích thước của gỗ [21] [52] [42] [72] [73]; đồng thời trong quá trình xử lý
nhiệt, thành phần của gỗ phát sinh hàng loạt các phản ứng hóa học phức tạp,
làm biến đổi một s
ố thành phần của gỗ, giảm chất dinh dưỡng cho sự sinh tồn
của nấm và côn trùng hại gỗ, ngăn cản sự sinh trưởng và phát triển của nấm
và côn trùng hại gỗ qua việc cắt đứt chuỗi thức ăn, vì vậy có thể nâng cao khả
năng chống vi sinh vật phá hoại [13] [42 [53]. Phương pháp này chỉ sử dụng
tác nhân vật lý, so với các phương pháp dùng tác nhân hóa học khác, vấn đề ô
nhiễm trong quá trình sản xuất b
ằng công nghệ xử lý nhiệt ít, công nghệ xử lý


8
đơn giản, hơn nữa trong quá trình sử dụng hiệu quả bảo quản của gỗ xử lý
nhiệt không bị suy giảm do hóa chất bị rửa trôi hay bay hơi, cũng không làm
hại đến sức khỏe của con người.
Hiện tại, ở các nước Châu âu như Hà Lan, Pháp, Đức, Phần Lan đã thiết
lập được 5 công nghệ biến tính nhiệt điển hình như: PlatoWood của Hà Lan,
Le Bois Perdure và Rectification của Pháp, ThermoWood củ
a Phần Lan,
OHT-Oil Heat Treatment của Đức; trên cơ sở các công nghệ đó, đã đăng ký
các bằng phát minh sáng chế và được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công

nghiệp.
Công nghệ xử lý nhiệt PlatoWood (biến tính thủy - nhiệt) của Hà Lan sử
dụng các công đoạn khác nhau tiến hành xử lý gỗ, kết hợp quá trình nhiệt giải
trong nước với sấy và ổn định hóa. Trong quá trình xử lý, tác dụng của thủy
nhiệt làm cho cấ
u trúc hóa học của gỗ biến đổi, dẫn đến thay đổi các tính chất
của gỗ. Phương pháp xử lý này chủ yếu được cấu thành từ hai công đoạn
chính, và công đoạn sấy trung gian. Giai đoạn thứ nhất, tiến hành xử lý gỗ
tươi hoặc gỗ phơi khô trong điều kiện nhiệt độ từ 160-190
o
C với áp suất nhất
định, sau đó sử dụng phương pháp sấy thông thường làm giảm độ ẩm gỗ, tiếp
theo tiến hành giai đoạn thứ hai, trong giai đoạn này gỗ được đặt trong môi
trường có nhiệt độ 170-190
o
C tiến hành xử lý ổn định hóa. Thời gian xử lý
của quá trình này phụ thuộc và loại gỗ, độ dày và hình dạng ván…[18] [33].
Công nghệ xử lý dầu nhiệt (OHT) sử dụng các loại dầu thực vật từ tự
nhiên thông qua vòng tuần hoàn kín tiến hành xử lý gỗ, nhiệt độ thường dùng
từ 160
o
C trở lên [76]. Công nghệ này thiết bị phức tạp chí phí tốn kém.
Công nghệ xử lý nhiệt Retification [74] [97] của Pháp sử dụng gỗ phơi
khô (độ ẩm khoảng 12%), tiến hành xử lý ở nhiệt độ 200-240
o
C, trong môi
trường khí N
2
có hàm lượng O
2

dưới 5%. Với công nghệ này, nhiệt độ xử lý
cuối cùng trong quá trình xử lý có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền tự nhiên và


9
cường độ gỗ. Gỗ sau khi xử lý, độ bền tự nhiên tăng lên đáng kể, mức độ thay
đổi phụ thuộc vào loại gỗ, nhiệt độ và thời gian xử lý.
Công nghệ xử lý nhiệt ThermoWood của Phần Lan sử dụng gỗ đã sấy tiến
hành xử lý nhiệt trong môi trường hơi nước. Sản phẩm của công nghệ này
được phân thành hai cấp là ThermoS và ThermoD, trong đó “S—Stability”
thể hiện tính
ổn định, “D—Durability” thể hiện độ bền tự nhiên, đặc biệt là
khả năng chống mục. Loại ThermoD thích hợp sử dụng làm công trình kiến
trúc ngoài trời, đồ gia dụng… Hiện tại công nghệ này đã đạt được nhiều thành
tựu đáng kể, sản phẩm có thị trường lớn nhất so với các công nghệ còn lại
[68].
Dưới đây là bảng so sánh đặc điểm của các công nghệ x
ử lý nhiệt gỗ hiện
nay [18] [56] [68] [84].
Bảng 1.1. Đặc điểm một số công nghệ xử lý nhiệt hiện nay
Tên công nghệ Chất bảo vệ Độ ẩm ban đầu
Nhiệt độ xử lý
(
o
C)
Giá thành
a
€/m
3


ThermoWood
®

Hơi nước
Gỗ tươi hoặc gỗ
sấy
180-250 -
Retification
®

Khí N
2
Gỗ phơi khô 200-240 150-160
Perdure
®

Hơi nước Gỗ tươi 200-240 100
Plato
®
Wood
Nước, hơi nước
hoặc không khí
Gỗ tươi hoặc gỗ
phơi khô
170-190 100
OHT Dầu thực vật Gỗ phơi khô 180-220 65-95
Ghi chú:
a
Không bao gồm giá thành nguyên liệu

1.2.1. Các nghiên cứu về tỉ lệ tổn hao khối lượng gỗ
Trong quá trình xử lý nhiệt, các thành phần tổ thành nên gỗ như
hemixenlulo, celllulose và lignin bị phân giải, lượng chất gỗ sẽ giảm xuống,
khi xử lý ở nhiệt độ dưới 200
o
C thì mức độ giảm không lớn, nguyên nhân
chủ yếu do ở phạm vi nhiệt độ này lignin và xenlulo ít bị phân giải, nhưng khi


10
nhiệt độ tăng lên trên 200
o
C thì tỉ lệ giảm khối lượng của gỗ tăng lên rõ rệt
[28] [84].
Esteves và các cộng tác [23] đã nghiên cứu xử lý nhiệt cho gỗ thông
trong môi trường không khí thu được kết quả tốc độ giảm khối lượng của gỗ
(tỉ lệ giữa tỉ lệ giảm khối lượng và thời gian xử lý, %/h) tăng khi nhiệt độ xử
lý tăng, cụ thể khi nhiệt độ tăng từ 170
o
C đến 200
o
C, thì tốc độ giảm khối
lượng của gỗ thông tăng từ 0.20%/h đến 1.03%/h.
Alén và đồng nghiệp [10] đã chỉ ra, khi tỉ lệ giảm khối lượng trong phạm
vi 1.5% (điều kiện xử lý 180
o
C, 4h) đến 12.5% (điều kiện xử lý 225
o
C, 6h),
thì tỉ lệ giảm khối lượng cũng tăng lên khi nhiệt độ tăng.

Căn cứ bằng phát minh sáng chế của Viitanienmi [75], nếu muốn thu
được gỗ có tính ổn định kích thước cao cần xử lý với tỉ lệ giảm khối lượng
khoảng 3%, và khi tỉ lệ giảm khối lượng là 5% thì có thể nâng cao tính bền
của gỗ.
1.2.2. Các nghiên cứu về tính ổn định kích thước
Gỗ sau khi xử lý nhi
ệt, hàm lượng nhóm thân nước (–OH) và tỉ lệ vùng
mà phân tử nước có thể xâm nhập được (vùng vô định hình) giảm, vì thế tính
hút nước và tính hút ẩm của gỗ giảm xuống [54] [70].
Li Xianjun và đồng nghiệp [93] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian
và nhiệt độ xử lý đến tính hút nước và tính ổn định kích thước của gỗ Sa mộc
rừng trồng, kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ xử lý và kéo dài th
ời gian xử lý,
độ ẩm thăng bằng, tỉ lệ hút nước và tỉ lệ giãn nở thể tích của gỗ Sa mộc bị
giảm xuống; sự ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến độ ẩm thăng bằng, tỉ lệ hút
nước và tỉ lệ giãn nở thể tích của gỗ lớn hơn so với sự ảnh hưởng của thời
gian xử lý.
Stamm và đồng nghiệp [66] khi nghiên cứu nhiệt giải gỗ và xenlulo đã chỉ
ra, khi tỉ lệ giảm khối lượng tăng thì tỉ lệ dãn nở giảm, và hệ số tỉ lệ giữa


11
chúng chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi sự có mặt hay không có mặt của không khí
trong môi trường xử lý nhiệt giải. Kết quả cho thấy, khi tiến hành xử lý gỗ
trong môi trường không có không khí hoặc ít không khí thì có thể nâng cao
được tính ổn định kích thước của gỗ, và còn có thể giảm được tỉ lệ giảm khối
lượng đến mức tối đa, từ đó có thể khống chế được t
ỉ lệ tổn thất về tính chất
cơ học của gỗ.
Obataya và cộng sự [49] tiến hành phân tích tương quan hồi qui giữa tỉ lệ

giảm khối lượng và độ ẩm thăng bằng của gỗ xử lý nhiệt phát hiện, hai chỉ
tiêu này có quan hệ tỉ lệ thuận, tỉ lệ giảm khối lượng càng lớn thì độ ẩm bão
hòa giảm càng nhiều.
Tjeerdsma và cộng sự [71] lợ
i dụng phương pháp Acetyl hóa gián tiếp xác
định được hàm lượng gốc –OH trong gỗ và sử dụng quang phổ hồng ngoại
biến đổi Fourier (FTIR) tiến hành phân tích đặc tính và sự thay đổi của vách
tế bào gỗ Fagus silvatica L. và Pinus sylvestris L. đã qua xử lý thủy nhiệt.
Nghiên cứu phát hiện, trong điều kiện xử lý nhiệt, khi xử lý ở 160
o
C chỉ có
một lượng nhỏ gốc acetyl phát sinh phản ứng phân giải, đa số các gốc acetyl
bị phân giải ở giai đoạn xử lý với nhiệt độ 180
o
C, ở giai đoạn nhiệt độ trung
bình chỉ có tác dụng acetyl hóa. Gỗ sau khi xử lý nhiệt, hàm lượng gốc –OH
giảm xuống, phản ứng este hóa xảy ra ở giai đoạn gia công nhiệt độ cao, có
tác dụng làm giảm khả năng hút ẩm của gỗ, từ đó nâng cao được tính ổn định
kích thước của gỗ, tác dụng của nó không lớn bằng tác dụng do các liên kết
ngang được tạo thành trong gỗ khi xử lý ở
nhiệt độ cao (cross-linking).
Repellin và cộng sự [57] đã sử dụng máy Quét nhiệt vi sai (Differential
scanning calorimetry DSC) tiến hành nghiên cứu tỉ lệ dãn nở của gỗ xử lý
bằng công nghệ Retification
®
, qua nghiên cứu độ ẩm thăng bằng của gỗ xử lý
nhiệt đã cho rằng nguyên nhân giảm tỉ lệ dãn nở của gỗ sau khi xử lý nhiệt


12

không chỉ do sự phân giải của hemixenlulo dẫn đến giảm điểm hấp phụ, mà
có thể do kết cấu hóa học của lignin thay đổi tạo ra.
Tuong và Li đã nghiên cứu sự biến đổi cấu trúc hóa học và một số tính
chất của gỗ Keo lai sau quá trình xử lý nhiệt trong môi trường có khí N
2
bảo
vệ với nhiệt độ xử lý từ 210
o
C đến 230
o
C, kết quả cho thấy, gỗ Keo lai sau
khi được xử lý nhiệt một lượng nhất định các nhóm hydroxyl giảm xuống,
cùng với đó là tính hút nước của gỗ cũng giảm xuống, và tính ổn định kích
thước gỗ đã được cải thiện.
1.2.3. Các nghiên cứu về khả năng chống vi sinh vật
Với mục tiêu duy trì được đặc tính vốn có của gỗ, nâng cao khả năng
chống lại vi sinh vật, có th
ể phát huy tốt nhất tính năng của gỗ, đạt được mục
đích tiết kiệm tài nguyên, đây là mục tiêu chủ yếu của công việc nghiên cứu
khoa học gỗ. Rất nhiều nghiên cứu cho thấy, công nghệ xử lý nhiệt có thể
nâng cao khả năng chống lại vi sinh vật phá hoại gỗ một cách có hiệu quả,
hơn nữa phương pháp này không đưa bất kỳ một loại hóa chất nào vào gỗ, mà
chỉ làm cho các thành phần cấu tạo nên gỗ phát sinh phản ứng do tác dụng
của nhiệt độ để đạt được mục đích nâng cao tính năng chống lại vi sinh vật
phá hoại [13] [39] [40] [78] [92].
Kết quả nghiên cứu của Sustersic và cộng sự [67] cho thấy nhiệt độ xử lý
càng cao, thời gian xử lý càng dài, tính năng chống mục của gỗ càng tốt, mức
độ chống mục có quan hệ với mức độ phân giải c
ủa các thành phần cấu trúc
nên gỗ.

Viitaniemi [75] chỉ ra, xử lý với tỉ lệ giảm khối lượng khoảng 5% có thể
tăng tính bền của gỗ.
Sivonen và cộng sự [63] sử dụng quang phổ cộng hưởng từ thể rắn
(CP/MAS
13
C NMR) tiến hành nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc hóa học của
gỗ xử lý nhiệt chỉ ra, sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thành phần cấu trúc


13
nên gỗ không giống nhau, dưới tác dụng của nhiệt độ, tốc độ phân giải của
xenlulo và lignin thấp hơn so với tốc độ phân giải của hemixenlulo, từ 180
o
C
hemixenlulo bắt đầu phân giải, khi nhiệt độ lớn hơn 200
o
C, do hàm lượng các
gốc tự do tăng nhanh, cùng với việc phát sinh phản ứng ngưng tụ, từ đó nâng
cao khả năng chống lại vi sinh vật phá hoại của gỗ, nhưng một số tính năng
cơ học của gỗ cũng bị giảm theo, đồng thời ở nhiệt độ đó, hàm lượng các
nhóm methoxyl giảm, giữa các phân tử lignin phát sinh liên kết ngang, làm
giảm khả năng hút nước, nâng cao tính ổn đị
nh kích thước của gỗ.
Weiland và cộng sự [78] dùng quang phổ phản xạ hồng ngoại biến đổi
Fourier (DRIFT) tiến hành nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc hóa học của gỗ xử
lý nhiệt và tính nguy hại của các loại nấm tới gỗ chỉ ra, trong quá trình thủy
phân trong môi trường axit, ở gỗ đã hình thành ete mới, đồng thời đã quan sát
được phản ứng khử trùng hợp và phản ứng ngưng tụ, từ
đó làm cho cơ hội
sống của nấm giảm đi. Ngoài ra, sự giảm khả năng hút nước của gỗ được nói

tới ở phần trên đã dẫn đến lượng nước trong gỗ giảm, ngăn cản sự sinh trưởng
của nấm mốc.
1.2.4. Các nghiên cứu về tính chất cơ học của gỗ
Trong quá trình xử lý nhiệt, trong gỗ phát sinh lượng lớn sự thay đổi về
cấu trúc hóa học, bao gồm sự phân giải của hemixenlulo. Kết cấu hóa học gỗ
thay đổi dẫn đến tính năng vật lý, cơ học của gỗ cũng thay đổi theo. Nhiệt độ
xử lý càng cao, thời gian xử lý càng dài thì sự thay đổi càng rõ rệt [32] [71]
[91].
Phuong LX và các cộng tác viên [52] đã nghiên cứu tính dòn của gỗ Bồ
đề sau khi xử lý nhiệt cho thấy tính dòn của gỗ tăng lên khi tăng nhiệt độ và
thời gian xử lý.


14
Nghiên cứu của Obataya [50] phát hiện, theo sự tăng lên của nhiệt độ và
sự kéo dài thời gian xử lý, modul đàn hồi khi va đập, giới hạn bền uốn tĩnh
của gỗ đều giảm theo.
Yildiz [80] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tham số xử lý nhiệt đến tính
chất gỗ và chỉ ra rằng nhiệt độ xử lý quan trọng hơn thời gian xử lý, cường độ
chịu nén c
ủa gỗ xử lý nhiệt giảm xuống khi tăng nhiệt độ xử lý và kéo dài thời
gian xử lý, đồng thời còn chỉ ra, thông qua sử dụng môi trường bảo vệ (khí
N
2
, hơi nước) có thể giảm được mức độ tổn thất cường độ gỗ một cách có
hiệu quả.
Ding Tao và cộng sự [81] đã nghiên cứu ảnh hưởng của hơi nước áp suất
cao đến tính chất cơ lý của gỗ, kết quả cho thấy, cường độ chịu uốn và khả
năng chống va đập của gỗ giảm xuống rõ rệt, nhưng cường
độ chịu nén và

modul đàn hồi khi uốn của gỗ lại lớn hơn gỗ khi chưa xử lý. Ngoài ra, căn cứ
kết quả xác định các thành phần hóa học của gỗ sau xử lý thể hiện, sự thay đổi
tính năng cơ học của gỗ xử lý nhiệt chủ yếu do trong quá trình xử lý
hemixenlulo bị phân giải và có sự thay đổi trong kết cấu hóa học của lignin,
kết quả của nghiên c
ứu này cơ bản giống với kết quả nghiên cứu của Boonstra
[15].
1.2.5. Các nghiên cứu về tính thấm ướt và khả năng dán dính
Trên phương diện thay đổi tính thấm ướt của gỗ xử lý nhiệt, nghiên cứu
của Hakkou [29] đã phát hiện, tính chống thấm nước của gỗ Fagus sylvatica
tăng dần ở phạm vi nhiệt độ 130-160
o
C, khi nhiệt độ lớn hơn 160
o
C ảnh
hưởng của nhiệt độ đến tính chống thấm của gỗ không lớn. Khi sử dụng
phương pháp phân tích quang phổ cộng hưởng từ thể rắn (CP/MAS
13
C
NMR) và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) tiến hành nghiên
cứu đã chỉ ra, khả năng thấm ướt của gỗ xử lý nhiệt giảm là do sự sắp xếp lại
của các chất cao phân tử trong gỗ và sự dẻo hóa của lignin trong quá trình xử