nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ biến tính nhiệt gỗ đến cấu tạo và cấu trúc hóa học gỗ keo tai tượng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN






NGUYỄN VĂN TOÁN



NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÔNG NGHỆ
BIẾN TÍNH NHIỆT GỖ ĐẾN CẤU TẠO VÀ CẤU
TRÚC HÓA HỌC GỖ KEO TAI TƯỢNG


Chuyên ngành:

Kỹ

thuật chế

biến lâm sản

Mã số:

60

03

01




LUẬN ÁN TIẾN SĨ

KỸ

THUẬT













THÁI NGUYÊN, 2015

i

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

ii

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 21

Hình 2.2. Cấu tạo hóa học của xenlulo và các sản phẩm thủy phân xenlulo đã qua
metyl hóa 23

Hình 2.3. Liên kết hydro trong vách tế bào gỗ 24

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) 37

Hình 2.5. Quá trình nhiệt giải của hemixenlulo trong gỗ (Nguồn: Wood
modification, 2006) 39

Hình 2.6. Quá trình nhiệt giải của xenlulo (Nguồn: Wood modification, 2006) 41

Hình 2.7. Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt (Nguồn:
ThermoWood


Handbook) 42

Hình 3.1. Sơ đồ tổng quát quá trình nghiên cứu thực nghiệm của Luận án 49

Hình 3.2. Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu khi xử lý nhiệt cho gỗ Keo
tai tượng 51

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ biến tính nhiệt độ cao cho gỗ Keo tai tượng 55

Hình 3.4. Thiết bị xử lý nhiệt 58
Hình 4.1. Quan hệ giữa thời gian và độ tổn hao kích thước gỗ 67
Hình 4.2. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ tổn hao kích thước gỗ 67

Hình 4.3. Quan hệ giữa thời gian và độ tổn hao khối lượng gỗ 69

Hình 4.4. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ tổn hao khối lượng gỗ 69

Hình 4.5. Quan hệ giữa thời gian và hệ số chống trương nở 71

Hình 4.6. Quan hệ giữa nhiệt độ và hệ số chống trương nở 71

Hình 4.7. Quan hệ giữa thời gian và hiệu suất chống hút nước 72

Hình 4.8. Quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất chống hút nước 73
Hình 4.9. Quan hệ giữa thời gian và độ tăng cường độ nén dọc 74

Hình 4.10. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ tăng cường độ nén dọc 75

Hình 4.11. Quan hệ giữa thời gian và độ giảm độ bền uốn tĩnh 76

Hình 4.12. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ giảm độ bền uốn tĩnh 77

Hình 4.13. Quan hệ giữa thời gian và độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 78

Hình 4.14. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh 79

Hình 4.15. Quan hệ giữa thời gian và độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 80
Hình 4.16. Quan hệ giữa nhiệt độ và độ giảm độ bền kéo trượt màng keo 81

Hình 4.21. Hệ số chống trương nở (ASE) của gỗ Keo tai tượng xử lý với các chế độ
khác nhau 85

Hình 4.22. Đồ thị tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của hệ số
chống trương nở 86




iii

Hình 4.29. Đồ thị tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của độ
giảm độ bền uốn tĩnh 91

Hình 4.30. Độ giảm mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng xử lý với các chế
độ khác nhau 92

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 93

Hình 4.32. Độ giảm độ bền kéo trượt màng keo của gỗ Keo tai tượng xử lý với các

chế độ khác nhau 94

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 94

Hình 4.34. Lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch gỗ trước khi xử lý 97

Hình 4.35. Lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch gỗ sau khi xử lý (200
o
C, 8h) 98

Hình 4.36. Sơ đồ nguyên lý đo phổ hồng ngoại 99

Hình 4.37. Phổ hồng ngoại của mẫu gỗ Keo tai tượng đối chứng 102

Hình 4.38. Phổ hồng ngoại của mẫu gỗ Keo tai tượng 104

Hình 4.39. Sơ đồ quá trình đo phổ quang điện tử tia X 108

Hình 4.40. Phổ XPS của gỗ Keo tai tượng với giải quét rộng 109

Hình 4.41. Phổ XPS của mẫu đối chứng với giải quét hẹp tại vị trí C1s 111

Hình 4.42. Phổ XPS của mẫu đối chứng với giải quét hẹp tại vị trí O1s 111

Hình 4.43. Phổ XPS của gỗ sau khi xử lý nhiệt với giải quét rộng 114

Hình 4.44. Biểu đồ hàm lượng tương đối nguyên tố C trên bề mặt mẫu ở các chế độ
xử lý khác nhau 115

Hình 4.45. Biểu đồ hàm lượng tương đối nguyên tố O trên bề mặt mẫu ở các chế độ
xử lý khác nhau 116

Hình 4.46. Biểu đồ tỉ lệ O/C trên bề mặt mẫu ở các chế độ xử lý khác nhau 117

Hình 4.47. Phương pháp đo tính độ kết tinh của xenlulo 121

Hình 4.48. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu gỗ Keo tai tượng trước và sau khi xử lý
nhiệt 122

Hình 4.49. Sự thay đổi độ kết tinh của gỗ ở những chế độ xử lý khác nhau 124






iv

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 52

Bảng 3.2. Thông số thực nghiệm với 2 yếu tố ảnh hưởng 52

Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật của thiết bị xử lý 57

Bảng 4.1. Phân vùng của phổ hồng ngoại 100

Bảng 4.2. Thuộc tính phổ FTIR của gỗ Keo tai tượng đối chứng 103

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 105

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 115

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 118

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 119

Bảng 4.7. Độ kết tinh của xenlulo trong gỗ Keo tai tượng xử lý ở các chế độ khác
nhau 123






v


MỤC LỤC
Trang

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 21

2.1. Thành phần hóa học của gỗ 21

2.1.1. Xenlulo 21

2.1.2. Hemixenlulo 29

2.1.3. Lignin 31

2.2. Quá trình nhiệt giải của gỗ 31

2.2.1. Các giai đoạn của quá trình nhiệt giải gỗ 31

2.2.2. Quá trình nhiệt giải của các thành phần trong gỗ 33

2.3. Cơ chế biến đổi tính chất gỗ do xử lý nhiệt 35

2.3.1. Cơ chế biến đổi khối lượng thể tích gỗ 35

2.3.2. Cơ chế biến đổi tính ổn định kích thước gỗ 35

2.3.3. Cơ chế biến đổi tính chất cơ học của gỗ 38

2.4. Keo tai tượng 43

2.4.1. Đặc điểm nhận biết 43

2.4.2. Đặc tính sinh học và sinh thái học 43

2.4.3. Đặc điểm cấu tạo của gỗ 44

2.4.4. Tính chất 45

2.4.5. Công dụng 45

CHƯƠNG 3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG 46
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46

3.1. Đối tượng nghiên cứu 46

3.2. Phạm vi nghiên cứu 46

3.3. Mục tiêu nghiên cứu 46




vii

3.3.1. Mục tiêu lý luận 46

3.3.2. Mục tiêu thực tiễn 47

3.4. Nội dung nghiên cứu 47

3.5. Phương pháp nghiên cứu 48

3.5.1. Phương pháp lý thuyết 48

3.5.2. Phương pháp thực nghiệm 49

3.6. Ý nghĩa của Luận án 64

3.6.1. Ý nghĩa khoa học 64

3.6.2. Ý nghĩa thực tiễn 64

3.7. Những đóng góp mới của Luận án 65

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 66

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) 66

4.1.1. Ảnh hưởng đến độ tổn hao kích thước 66

4.1.2. Ảnh hưởng đến độ tổn hao khối lượng 67

4.1.3. Ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước 70

4.1.4. Ảnh hưởng đến hiệu suất chống hút nước 71

4.1.5. Ảnh hưởng đến cường độ nén dọc thớ 73

4.1.6. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 75

4.1.7. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi 77

4.1.8. Ảnh hưởng đến khả năng dán dính của gỗ do xử lý nhiệt 79

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) 81

4.2.1. Ảnh hưởng đến tổn hao khối lượng 81

4.2.2. Ảnh hưởng đến độ tổn hao kích thước 83

4.2.3. Ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước 85

4.2.4. Ảnh hưởng đến hiệu suất chống hút nước 86

4.2.5. Ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ 89

4.2.6. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh 90

4.2.7. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi (MOE) 92

4.2.8. Ảnh hướng đến khả năng dán dính của gỗ do xử lý nhiệt 93
4.3. Xác định các thông số nhiệt độ, thời gian xử lý biến tính 95
4.4. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cấu tạo hiển vi của gỗ 96

4.5. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến cấu trúc hóa học của gỗ 98

4.5.1. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ hồng ngoại (FTIR) 99

4.5.2. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ XPS 1077

4.5.3. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126

1. Kết luận 126
2. Kiến nghị 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO 131

CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 137

PHỤ LỤC 1388





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 phức 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 loại, 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 lại 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 hạn 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 khắc 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 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,

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

nhiệt

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

điểm

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 gỗ 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 của 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,

cải

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 đã 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

ảnh hưởng
công

nghệ

biến

tính

nhiệt

gỗ

đến
cấu tạo và cấu trúc hóa học gỗ K
eo

tai

tượng”

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 xử 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 ưa 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 hoặc 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 dụng 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 một 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 cường 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 mưa
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. Năm 1946, báo cáo của Stamn và đồng
nghiệp [64] biểu thị, xử lý nhiệt có thể nâng cao tính ổn định kích thước của

7

gỗ mà không cần phải tiến hành nén, công nghệ này có tên gọi là Staybwood.
Nhưng 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 nhiệt 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 rệt [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 cần 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 số 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



8

nhiễm trong quá trình sản xuất bằng công nghệ xử lý nhiệt ít, công nghệ xử lý
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 của 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 cấu 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



9

cuối cùng trong quá trình xử lý có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền tự nhiên và
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 xử 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 nhiệt, 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 thời 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 tỉ 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] lợi 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 thể 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 của 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 định 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 của 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 cứu 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



15

lý nhiệt gây ra, mà không phải do phản ứng phân giải và sự di chuyển ra bề
mặc gỗ của các chất chiết suất gây ra.
Follrich [26] đã tiến hành nghiên cứu xử lý nhiệt gỗ Picea abies Karst và
phát hiện, góc tiếp xúc của giọt dung dịch và bề mặt gỗ tăng từ 50
o
lên 90
o
,
tính thấm ướt của gỗ giảm xuống rõ rệt, nhưng thời gian xử lý khác nhau thì
góc tiếp xúc khác nhau không đáng kể; tác giả tiếp tục nghiên cứu tạo ván
phức hợp từ gỗ xử lý nhiệt và nhựa PE, sau đó tiến hành thí nghiệm cường độ
dán dính và thí nghiệm dầm công xôn đã phát hiện, giá trị cường độ dán dính
bề mặt kéo chịu ảnh hưởng rất lớn của công nghệ xử lý nhiệt, hơn nữa sự ảnh
hưởng này tăng dần theo sự kéo dài của thời gian xử lý nhiệt.
Gu Lianbai và cộng sự [98] đã tiến hành nghiên cứu tính năng dán dính
của gỗ Birch, Thông rụng lá và Pinus sylvestris var. mongolica Litv. sau khi
xử lý nhiệt và chỉ ra, cường độ kéo trượt màng keo có quan hệ với loại keo sử
dụng. Gỗ sau khi xử lý nhiệt, cường độ kéo trượt màng keo đều giảm xuống
với các mức độ khác nhau, cường độ dán dính gỗ Birch giảm nhiều nhất,
cường độ dán dính gỗ Thông rụng lá giảm ít nhất.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây do Nhà nước đã thực hiện chủ
trương hạn chế khai thác các loại gỗ rừng tự nhiên và các loại gỗ quý hiếm, và
đã chuyển hướng sang sử dụng gỗ rừng trồng để làm nguyên liệu sản xuất các
sản phẩm gỗ nội địa cũng như xuất khẩu. Do đó, việc nghiên cứu xử lý nâng
cao chất lượng gỗ hay biến tính gỗ cũng đã và đang rất được quan tâm. Tuy
nhiên do hoàn cảnh lịch sử cũng như điều kiện kinh tế nên việc nghiên cứu và
triển khai công nghệ biến tính gỗ nói chung, công nghệ biến tính gỗ bằng
nhiệt độ cao nói riêng đang gặp rất nhiều khó khăn và vẫn chưa thực sự chủ
động không chỉ về thiết bị mà cả về mặt công nghệ.



16

Trong những năm gần đây đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về biến
tính gỗ bằng hóa chất áp dụng cho gỗ rừng trồng của Việt Nam, tuy nhiên các
công trình nghiên cứu về biến tính gỗ bằng nhiệt độ cao còn rất hạn chế.
PGS. TS. Phạm Văn Chương năm 2011 đã nghiên cứu ảnh hưởng của
công nghệ xử lý thủy nhiệt đến tính chất vật lý của gỗ Keo lá tràm, kết quả
cho thấy, nhiệt độ và thời gian xử lý đã ảnh hưởng rất rõ đến khối lượng thể
tích, hiệu suất chống hút nước và hệ số chống trương nở của gỗ. Cụ thể, khối
lượng thể tích của gỗ giảm xuống nhưng tính ổn định kích thước của gỗ được
cải thiện thông qua kết quả phân tích tính hút nước và tính trương nở của gỗ.
Trần Thị Huê năm 2011 đã thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: “Ảnh
hưởng của chế độ xử lý thuỷ - nhiệt đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ
Keo lá tràm (Acacia auriculiformis)”. Kết quả đã thể hiện, tính ổn định kích
thước gỗ Keo lá tràm sau khi xử lý thủy-nhiệt tăng trên 50%, tuy nhiên khối
lượng thể tích gỗ lại giảm xuống rõ rệt.
Một nghiên cứu khác đối với gỗ Bạch đàn trong Luận văn thạc sĩ của
Đào Thanh Giang (2011), “Ảnh hưởng của chế độ xử lý thủy nhiệt đến một số

tính chất vật lý, cơ học của gỗ bạch đàn (Eucalyptus urophylla)” cũng cho kết
quả tương tự với quy luật biến đổi tính chất trong nghiên cứu của Trần Thị
Huê.
Năm 2013, nhằm nâng cao tính ổn định kích thước cho gỗ Keo lá tràm
sau khi đã xử lý chậm cháy, PGS. TS. Phạm Văn Chương và TS. Vũ Mạnh
Tường [2] đã tiến hành nghiên cứu xử lý nhiệt độ cao trong môi trường không
khí cho gỗ Keo lá tràm sau khi đã xử lý chậm cháy bằng MAP. Kết quả cho
thấy, gỗ sau khi xử lý vẫn giữ được khả năng chậm cháy nhất định và có độ
ổn định kích thước cao hơn so với gỗ chưa xử lý nhiệt.
1.4. Ứng dụng của gỗ xử lý nhiệt



17

Trong hầu hết các công nghệ xử lý nhiệt cho gỗ, các nhân tố tác động
chính đến gỗ chỉ có nhiệt độ và một trong các loại vật chất bảo vệ như: Không
khí, hơi nước, khí trơ, hoặc chân không… mà không sử dụng bất kỳ loại hóa
chất nào. Do đó gỗ xử lý nhiệt là loại sản phẩm thân thiện với môi trường hay
loại sản phẩm ít gây tác hại đến môi trường cả trong quá trình sản xuất và quá
trình sử dụng. Ngoài ra, xử lý nhiệt đã nâng cao tính ổn định kích thước và
khả năng chống vi sinh vật của gỗ, làm cho gỗ có màu sắc gần giống với một
số loài gỗ quý hiếm. Đối với các lĩnh vực sử dụng cụ thể thường áp dụng các
công nghệ xử lý khác nhau để có thể thu được sản phẩm gỗ xử lý nhiệt phù
hợp với yêu cầu của từng lĩnh vực.
Tại các quốc gia Châu Âu, một số loài gỗ lá kim như Thông, Vân sam
sau khi xử lý nhiệt thường được sử dụng làm vật liệu sản xuất các sản phẩm
sử dụng ngoài trời, như bàn, ghế, cửa, ván ốp tường…; một số loài gỗ lá rộng
như Birch, Bạch dương sau khi xử lý nhiệt thường được dùng để sản xuất các
sản phẩm nội thất như: Bàn, ghế, tủ bếp, đồ dùng trong phòng tắm, ván sàn…

Với một số loài gỗ lá kim sau khi xử lý nhiệt, do nhựa cây cơ bản được loại
bỏ do đó có thể sử dụng làm ván ốp trong phòng xông hơi; các loài gỗ lá rộng
có khối lượng thể tích khá lớn cũng có thể xử lý và hoàn toàn đáp ứng yêu
cầu sử dụng trong sản xuất độ gia dụng và ván sàn. Phạm vi ứng dụng của gỗ
xử lý nhiệt theo công nghệ của Phần Lan (ThermoWood) thể hiện trong Bảng
1.2.
Bảng 1.2. Phân loại và ứng dụng gỗ xử lý nhiệt theo công nghệ ThermoWood
ThermoS ThermoD
Ván ốp tường trong nhà, đồ mộc nội
thất, ván trang sức, ván ốp phòng xông
hơi, ván sàn, tủ bếp,…
Ván ốp tường ngoài trời, đồ mộc ngoài
trời, ván lót đường đi ngoài trời, cửa đi,
cửa sổ, bể bơi, phòng tắm,…




18

Một số hình ảnh minh họa ứng dụng của gỗ xử lý nhiệt trong các công
trình kiến trúc được thể hiện trong các hình từ 1.1 đến 1.5.

Hình 1.1. Gỗ xử lý nhiệt dùng
trong công trình lâm viên

Hình 1.2. Gỗ xử lý nhiệt sử dụng trong
phòng t
ắm

Hình 1.3. Gỗ xử lý nhiệt dùng làm ván
ốp tường ngoài trời
Hình 1.4. Gỗ xử lý nhiệt dùng sản
xuất bàn ghế ăn nhà hàng

1.5. Nhận xét đánh giá và định hướng nghiên cứu
Từ các nghiên cứu đề cập ở trên có thể thấy, tính chất gỗ xử lý nhiệt có
đặc điểm chung sau:
(1) Khi thời gian và nhiệt độ xử lý tăng lên, tính ổn định kích thước, khả
năng chống chịu vi sinh vật và tỉ lệ tổn hao khối lượng tăng theo; ngược lại độ
bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh và độ ẩm thăng bằng của gỗ giảm
xuống.