Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thủy nhiệt đến chất lượng gỗ bạch đàn (eucalyptus urophylla s t, blake)

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

NGUYỄN VĂN DIỄN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THỦY - NHIỆT
ĐẾN CHẤT LƢỢNG GỖ BẠCH ĐÀN (Eucalyptus urophylla S.T. Blake)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN

H Nội – 2016


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

NGUYỄN VĂN DIỄN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THỦY - NHIỆT
ĐẾN CHẤT LƢỢNG GỖ BẠCH ĐÀN (Eucalyptus urophylla S.T. Blake)

Chuyên ng nh: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản
Mã số: 62 54 03 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Phạm Văn Chƣơng
2. PGS.TS. Lê Xuân Phƣơng

H Nội - 2016


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ sản xuất và chế biến mang tên “Nghiên cứu
ảnh hưởng chế độ xử lý thủy - nhiệt đến chất lượng của gỗ Bạch đàn (Eucalyptus
urophylla S.T. Blake)”, mã số 62 54 03 01. Đây 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 chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác dƣới mọi hình thức.
Tôi xin chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam
đoan của mình.
Hà Nội, ngày 18 tháng 3 năm 2016
Tác giả luận án

Nguyễn Văn Diễn


ii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận án, đầu tiên cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
tới GS.TS. Phạm Văn Chƣơng, PGS.TS. Lê Xuân Phƣơng đã tận tình giúp đỡ và
hƣớng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Bộ Giáo dục và Đào tạo, Bộ Nông nghiệp và Phát
triển nông thôn đã giúp đỡ tôi về cơ sở pháp lý để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Lâm
nghiệp, tập thể cán bộ giáo viên Khoa Chế biến Lâm sản (nay là Viện Công nghiệp gỗ),
Trung tâm Thí nghiệm và Phát triển Công nghệ, Phòng đào tạo Sau đại học, Thƣ viện,

các Phòng chức năng thuộc Trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ tôi về cơ sở vật
chất, trang thiết bị thí nghiệm và công sức để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ giấy, xenlulo - Viện Kỹ thuật
hóa học của Trƣờng Đại học Bách khoa - Hà Nội, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc
gia vật liệu và linh kiện điện t - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
Phòng thí nghiệm của Viện vệ sinh dịch t Trung Ƣơng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp của
tôi, những ngƣời cùng công tác đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện, môi trƣờng làm
việc tốt nhất để tôi thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin g i lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
dành cho tôi những lời động viên, khích lệ giúp tôi hoàn thành luận án này./.
Hà Nội, ngày 18 tháng 3 năm 2016
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Diễn


iii

MỤC LỤC
Trang

Trang phụ bìa
Lời cam đoan ............................................................................................................. i
Lời cảm ơn ............................................................................................................... ii
Mục lục .................................................................................................................... iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................... vi
Danh mục các hình vẽ ............................................................................................ vii
Danh mục các bảng ...................................................................................................x

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................................3
1.1. Khái niệm về biến tính gỗ và x lý thủy - nhiệt ................................................3
1.1.1. Khái niệm biến tính gỗ ..............................................................................3
1.1.2. Khái niệm x lý thuỷ - nhiệt .....................................................................4
2.2. Tổng quan nghiên cứu về x lý nhiệt và thủy - nhiệt ........................................6
2.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc .............................................................6
2.2.1.1. Các phƣơng pháp x lý nhiệt hiện nay ............................................6
2.2.1.2. Các công trình nghiên cứu về x lý nhiệt và thủy - nhiệt .............11
2.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ........................................................16
1.3. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp biến tính gỗ và phân tích đánh
giá công nghệ về x lý nhiệt ...................................................................................20
1.3.1. Ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp biến tính gỗ ................................20
1.3.2. Phân tích, đánh giá công nghệ về x lý nhiệt .........................................22
1.4. Định hƣớng s dụng sản phẩm x lý nhiệt ......................................................24
1.5. Nhận xét kết quả và định hƣớng nghiên cứu của luận án ................................25
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................................................................28
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.......................................................................................28
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu tổng quát .............................................................28
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu cụ thể ...................................................................28


iv

2.2. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................28
2.2.1. Các yếu tố cố định ...................................................................................28
2.2.2. Các yếu tố thay đổi ..................................................................................29
2.3. Mục tiêu của luận án ........................................................................................29
2.3.1. Mục tiêu lý thuyết ...................................................................................29

2.3.2. Mục tiêu thực ti n ...................................................................................30
2.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................30
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................31
2.5.1. Phƣơng pháp kế thừa...............................................................................31
2.5.2. Phƣơng pháp thực nghiệm ......................................................................31
2.5.3. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng và s dụng tiêu chuẩn kiểm tra ........36
2.6. Ý nghĩa của Luận án ........................................................................................46
2.6.1. Ý nghĩa khoa học ....................................................................................46
2.6.2. Ý nghĩa thực ti n .....................................................................................47
2.7. Những đóng góp mới của Luận án ...................................................................47
Chƣơng 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................48
3.1. Cơ sở khoa học của x lý gỗ ............................................................................48
3.2. Lý thuyết về x lý thủy - nhiệt .........................................................................51
3.3. Cơ chế biến đổi tính chất gỗ trong x lý thuỷ- nhiệt .....................................53
3.3.1. Quá trình biến đổi của gỗ trong x lý thủy - nhiệt ................................53
3.3.2. Cơ chế biến đổi khối lƣợng thể tích gỗ ...................................................54
3.3.3. Cơ chế biến đổi tính ổn định kích thƣớc gỗ ............................................55
3.3.4. Cơ chế biến đổi tính chất cơ học của gỗ .................................................56
3.3.5. Tính thấm ƣớt và khả năng dán dính ......................................................60
3.3.6. Màu sắc bề mặt........................................................................................61
3.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt ............................61
3.4.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ x lý đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt ..........62
3.4.2. Ảnh hƣởng của thời gian x lý đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt ........63
3.4.3. Ảnh hƣởng của một số yếu tố khác đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt63
3.5. Giới thiệu chung về cây gỗ Bạch đàn ..............................................................65
3.5.1. Nguồn gốc và phân bố .............................................................................65


v

3.5.2. Đặc điểm, cấu tạo của gỗ Bạch đàn .........................................................65
3.5.3. Tính chất của gỗ Bạch đàn ......................................................................66
3.5.4. Công dụng của gỗ Bạch đàn ....................................................................67
Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................68
4.1. Địa điểm, thông số đầu vào nguyên liệu ..........................................................68
4.2. Quá trình thực nghiệm x lý thủy nhiệt gỗ Bạch đàn ......................................68
4.2.1. Sơ đồ thực nghiệm công nghệ x lý thủy - nhiệt ....................................68
4.2.2. X lý thủy - nhiệt cho gỗ Bạch đàn ........................................................68
4.3. Thiết bị x lý thủy nhiệt và dụng cụ thí nghiệm ..............................................70
4.4. Quá trình lấy mẫu và kiểm tra ..........................................................................71
4.4.1. Phƣơng pháp lấy mẫu thí nghiệm ...........................................................71
4.4.2. Kiểm tra mẫu thí nghiệm ........................................................................72
4.5. Phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu ........................................................79
4.5.1. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến khối lƣợng thể tích gỗ
Bạch đàn ..................................................................................................................79
4.5.2. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến Hệ số chống trƣơng nở
ASE gỗ Bạch đàn ....................................................................................................82
4.5.3. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến hiệu suất chống hút nƣớc
(WRE) gỗ Bạch đàn ................................................................................................85
4.5.4. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến Độ bền uốn tĩnh gỗ Bạch
đàn ...........................................................................................................................88
4.5.5. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến Độ bền nén dọc thớ gỗ
Bạch đàn ..................................................................................................................91
4.5.6. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến độ bền nén ngang thớ theo
chiều xuyên tâm và tiếp tuyến gỗ Bạch đàn............................................................94
4.5.7. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến Độ nhám bề mặt gỗ Bạch
đàn ...........................................................................................................................99
4.5.8. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến Độ bền kéo trƣợt màng
keo và Độ bong tách màng keo gỗ Bạch đàn .......................................................102
4.5.9. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến sự thay đổi màu sắc và độ

bền màu tự nhiên gỗ Bạch đàn ..............................................................................110


vi

4.5.9.1. Sự thay đổi màu sắc của gỗ Bạch đàn trƣớc và sau khi x lý thủy nhiệt .......................................................................................................................110
4.5.9.2. Biến màu tự nhiên của gỗ Bạch đàn sau khi x lý thủy - nhiệt .......113
4.5.10. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến cấu tạo gỗ Bạch đàn ..115
4.5.11. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến thành phần hoá học cơ
bản gỗ Bạch đàn ....................................................................................................118
4.5.12. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến cấu trúc hóa học gỗ Bạch
đàn phân tích bằng FTIR .......................................................................................123
4.5.12.1. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ hồng ngoại (FTIR)123
4.5.12.2. Cấu trúc hoá học của gỗ Bạch đàn phân tích bằng FTIR...........126
4.5.13. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến cấu trúc hóa học của gỗ
Bạch đàn bằng phân tích phổ nhi u xạ tia X (XRD) ............................................129
4.5.13.1. Khái niệm về phổ nhi u xạ tia X (XRD) ...................................129
4.5.13.2. Tính toán độ kết tinh của xenlulo...............................................130
4.5.13.3. Kết quả phân tích cấu trúc hóa học của gỗ Bạch đàn bằng phân
tích phổ nhi u xạ tia X (XRD) ..............................................................................131
4.6. Vùng phù hợp của thông số công nghệ x lý thủy - nhiệt cho gỗ Bạch đàn .133
4.6.1. Xác định vùng phù hợp các tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ
Bạch đàn x lý thủy - nhiệt ...................................................................................133
4.6.2. Phân tích đánh giá chỉ tiêu nhƣ màu sắc, thành phần hóa học cơ bản, cấu
tạo và cấu trúc gỗ Bạch đàn đƣợc x lý thủy - nhiệt ............................................139
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................140
5.1. Kết luận ..........................................................................................................140
5.2. Kiến nghị ........................................................................................................142
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Ký hiệu
ASE
WRE
T
τ
ms
mo
T1
T2

ac(v)
a1(v)
Vs
Vo
K

14

m0

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

Diễn giải
Hệ số chống trƣơng nở
Hiệu suất chống hút nƣớc của gỗ
Nhiệt độ

Thời gian
Khối lƣợng mẫu sau khi ngâm
Khối lƣợng mẫu khô kiệt
Hút nƣớc trung bình của mẫu đối chứng
Hút nƣớc trung bình của mẫu x lý
Trƣơng nở thể tích trung bình của mẫu đối chứng
Trƣơng nở thể tích trung bình của mẫu x lý
Thể tích mẫu sau ngâm
Thể tích mẫu sau sấy
Khối lƣợng thể tích gỗ khô kiệt
Khối lƣợng gỗ khô kiệt

Thể tích gỗ khô
MOR
Độ bền uốn tĩnh
COM// Cƣờng độ nén dọc thớ
COM R Độ bền nén dọc thớ theo chiều xuyên tâm
COM T Độ bền nén dọc thớ theo chiều tiếp tuyến
COM// Độ bền nén dọc thớ
Rmax
Độ nhám bề mặt
V0

k
-OH
TCVN
X

S
SEM

FTIR
XRD

Đơn vị
%
%
0
C
Giờ
g
g
%
%
%
%
cm3
cm3
g/cm3
g
cm3
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
µm

Độ bền kéo trƣợt màng keo

MPa

Hydroxyl
Tiêu chuẩn Việt Nam
Giá trị trung bình mẫu
Sai số của số trung bình mẫu
Kính hiển vi điện t quét
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
phổ nhi u xạ tia X

SEM
FTIR
XRD


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
H nh
1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
2.2
2.3

3.6
3.7
3.8
4.1

4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8

Tên h nh v ,
thị
Biến tính gỗ tác động đến cấu trúc tế bào gỗ
Quá trình biến tính thủy - nhiệt
Thiết bị x lý nhiệt và thủy - nhiệt
Ứng dụng gỗ x lý thủy - nhiệt dùng trong nội ngoại thất
Sơ đồ tổng quát quá trình nghiên cứu thực nghiệm của Luận án
Máy đo độ nhám bề mặt mẫu
Vị trí đo màu trên bề mặt gỗ Bạch đàn Uro
2.4a. Máy tính Lenovo Y410; 2.4b. Máy Scaner Epson 1670;
2.4c. Quét mẫu gỗ Bạch đàn.
Máy quét SEM S-4800
Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ
Hợp chất cao phân t xenlulo dƣới dạng 3D
Sợi hemicellulo trong vách tế bào gỗ
Vị trí của lignin trong vách tế bào gỗ
Sự thay đổi của liên kết hydro giữa các phân t xenlulo trong quá
trình x lý nhiệt
Quá trình nhiệt giải của hemixenlulo trong gỗ
Quá trình nhiệt giải của xenlulo
Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình x lý nhiệt
Sơ đồ thực nghiệm x lý thuỷ - nhiệt

Thiết bị x lý thuỷ nhiệt
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với khối lƣợng thể tích
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với ASE
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với WRE
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với độ bền uốn tĩnh
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với Độ bền nén dọc thớ (COM//)
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với COM R

4.9
4.10
4.11

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với COM T
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với Độ nhám bề mặt (Rmax)
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với Độ bền kéo trƣợt màng keo

2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Trang
3
5
5
25
32

39
40
42
43
48
49
50
50
56
57
59
60
68
70
80
83
86
89
92
95
97
100
104


ix

4.12
4.13
4.14

4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với Độ bong tách màng keo
Biểu đồ quan hệ giữa L*, a* và b* với các chế độ x lý thủy - nhiệt
Biểu đồ quan hệ giữa ΔE* với các chế độ x lý thủy - nhiệt
Độ bền màu tự nhiên (ΔE*) ở các chế độ x lý thủy - nhiệt
Mặt cắt tiếp tuyến của gỗ Bạch đàn chƣa x lý thủy-nhiệt
Mặt cắt tiếp tuyến của gỗ Bạch đàn sau khi x lý thủy-nhiệt ở nhiệt
độ 200 oC, thời gian 3 h
Hình dạng miệng lỗ thông ngang trên vách tế bào sợi gỗ Bạch đàn
Sự thay đổi của thành phần hoá học của chế độ x lý thuỷ - nhiệt
Đƣờng xylose trong môi trƣờng acid tách nhóm acetyl tạo thành acid
Quá trình thủy phân của đƣờng trong gỗ tạo ra furfural và

hydroxymethylfurfural
Tính ổn định nhiệt của gỗ và các thành phần cơ bản của gỗ
Liên kết β-O-4 trong lignin
Phản ứng đa tụ của lignin
Sơ đồ nguyên lý đo phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của mẫu Bạch đàn không x lý
Phổ hồng ngoại của mẫu Bạch đàn ở nhiệt độ 1200C và thời gian 3h
Phổ hồng ngoại của mẫu Bạch đàn ở nhiệt độ 2000C và thời gian 3h
Phƣơng pháp đo tính độ kết tinh của xenlulo
Phổ nhi u xạ tia X của mẫu gỗ Bạch đàn trƣớc và sau khi x lý nhiệt
Độ kết tinh của xenlulo gỗ Bạch đàn trƣớc và sau khi x lý thủynhiệt
Biểu đồ tính toán vùng thông số công nghệ hợp lý

107
111
111
114
116
117
117
119
120
120
121
122
122
124
126
127
127

130
131
132
138


x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Đặc điểm một số công nghệ x lý nhiệt hiện nay

8

1.2

Phân loại và ứng dụng gỗ x lý nhiệt theo công nghệ ThermoWood

24

2.1

Bảng kế hoạch thực nghiệm

35

2.2

Mức, bƣớc thay đổi các biến số

36

2.3

Ma trận quy hoạch thực nghiệm

36

4.1

Chế độ x lý thuỷ nhiệt cho gỗ Bạch đàn

69

4.2

Thông số kỹ thuật thiết bị x lý nhiệt

70

4.3

Khối lƣợng thể tích của gỗ Bạch đàn

79

4.4

Hệ số chống trƣơng nở ASE của gỗ Bạch đàn

82

4.5

Hiệu suất chống hút nƣớc WRE của gỗ Bạch đàn

85

4.6

Độ bền uốn tĩnh của gỗ Bạch đàn

88

4.7

Độ bền nén dọc thớ của gỗ Bạch đàn

91

4.8
4.9

Độ bền nén ngang thớ theo chiều xuyên tâm (COM R) của gỗ Bạch
đàn
Độ bền nén ngang thớ theo chiều tiếp tuyến (COM T) của gỗ Bạch
đàn

94
96

4.10

Độ nhám bề mặt (Rmax) của gỗ Bạch đàn

4.11

Độ bền kéo trƣợt màng keo (

4.12

Độ bong tách màng keo của gỗ Bạch đàn

106

4.13

Độ lệch màu ΔE* ở các chế độ x lý thủy – nhiệt với mẫu đối chứng

110

4.14

Độ lệch màu ΔE* ở các chế độ x lý thủy – nhiệt sau 60 ngày

114

4.15

Hàm lƣợng thành phần hóa học cơ bản của gỗ trƣớc và sau x lý

118

4.16

Phân vùng của phổ hồng ngoại

124

4.17

Thuộc tính phổ FTIR của gỗ Bạch đàn

128

4.18

Chia trọng số các tính chất

133

 k ) của gỗ Bạch đàn

99
103


1

MỞ ĐẦU
Gỗ là vật liệu không đồng nhất và không đẳng hƣớng, vì thế làm cho gỗ có tính
chất co rút, dãn nở, cong vênh, nứt nẻ, hút, nhả ẩm,… dẫn đến thay đổi kích thƣớc theo
các chiều khác nhau gây khó khăn trong quá trình gia công, chế biến và s dụng gỗ.
Tính chất cơ học, vật lý và công nghệ là chỉ tiêu quan trọng đánh giá phẩm chất gỗ, thế
nên các nhà khoa học luôn luôn hƣớng đến các nghiên cứu nhằm cải thiện và hạn chế
những nhƣợc điểm của bản thân gỗ mang lại. Con ngƣời đã xác định các tính chất cơ
học, vật lý và các tính chất khác của gỗ để ứng dụng hiệu quả từng loại gỗ vào các mục
đích phù hợp. Gỗ rừng trồng, không những có nhiều yếu điểm về độ bền so với gỗ rừng
tự nhiên, mà còn thƣờng có tính thẩm mỹ không cao, màu sắc, vấn thớ xấu không đƣợc
ƣa chuộng, sự co rút dãn nở của gỗ ảnh hƣởng đến việc s dụng gỗ kém hiệu quả. Bên
cạnh đó, gỗ rừng trồng có độ nhẵn khi gia công thấp ảnh hƣởng đến quá trình trang sức
của gỗ. Bởi thế, việc nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao phẩm chất gỗ là điều cần
thiết đòi hỏi các nhà khoa học cần quan tâm.
Theo Quyết định số: 62/2006/QĐ-BNN, ngày 16 tháng 8 năm 2006 của Bộ
trƣởng Bộ NN&PTNT về việc phê duyệt chiến lƣợc phát triển giống cây lâm nghiệp
giai đoạn 2006-2020 đã nêu rõ cây gỗ Bạch đàn là một loại cây ƣu tiên rừng trồng. Cây
Bạch đàn s dụng rộng rãi trên thị trƣờng gỗ Việt Nam, bởi cây có ƣu điểm khả năng
tăng trƣởng nhanh, gỗ có màu sắc đẹp, tính chất cơ học, vật lý khá cao .... Tuy nhiên,
nhƣợc điểm của gỗ Bạch đàn có nội ứng suất ngầm nên khi s dụng gỗ d bị cong
vênh, nứt, tách, … Do vậy, gỗ Bạch đàn chủ yếu cung cấp làm nhiên liệu đốt, bột giấy,
sản xuất ván mỏng và ván dán, ván dăm, ván sợi cứng, ván sợi - bông. Vì thế, các nhà
khoa học cần phải có biện pháp kỹ thuật để khắc phục nhƣợc điểm của gỗ Bạch đàn,
đặc biệt là áp dụng công nghệ chế biến gỗ để s dụng phù hợp và hiệu quả loại gỗ này.

X lý nhiệt cho gỗ nói chung và x lý thủy nhiệt nói riêng là một hƣớng mới để
khắc phục một hay nhiều nhƣợc điểm của gỗ bằng cách thay đổi tính chất của gỗ. Mục
đích của x lý nhiệt cho gỗ là giảm khả năng hút ẩm của gỗ, cải thiện tính ổn định kích
thƣớc, tăng khả năng chống sự phá hoại của sinh vật và vi sinh vật hại gỗ, tăng khả
năng chống chịu môi trƣờng .... mà không gây độc hại. Biến tính gỗ có rất nhiều


2

phƣơng pháp. Trong những năm gần đây ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật, Nga,
Phần Lan, Trung Quốc... đang s dụng các phƣơng pháp biến tính nhiệt cơ, hoá cơ, hoá
học, nhiệt học, bức xạ - hoá học, nano, enzyme. Biến tính gỗ theo hai xu hƣớng chủ
yếu: nén chặt và không nén chặt. Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ
nén, gỗ tăng tỷ trọng, polyme hoá. Tuy nhiên, nhiều trong số các phƣơng pháp đó có
tác động xấu tới môi trƣờng và phƣơng pháp đƣợc xem là hữu hiệu nhất là phƣơng
pháp x lý nhiệt. Theo kết quả của nhiều công trình nghiên cứu về x lý nhiệt và thủy nhiệt trên thế giới đã đƣợc công bố cho thấy, gỗ đƣợc x lý thuỷ nhiệt có tính ổn định
kích thƣớc cao [22],[57], tăng độ nhẵn bề mặt gỗ [31],[32],[67], khả năng chống mối
mọt, thay đổi màu sắc gỗ [20] từ nhạt sang đậm giống các loại gỗ quý và độ bền màu
tự nhiên tăng so với gỗ không x lý. Đặc điểm hết sức quan trọng của phƣơng pháp
này là không dùng hoá chất do đó rất thân thiện với môi trƣờng và con ngƣời. Ở Việt
Nam, hƣớng nghiên cứu về x lý thuỷ - nhiệt gỗ vẫn chƣa có công trình nghiên cứu bài
bản, sâu rộng nào, các công trình nghiên cứu về phƣơng pháp x lý nhiệt và thủy nhiệt cho gỗ vẫn thƣờng s dụng trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc, kết hợp với phƣơng pháp thực nghiệm để cho kết quả. Cho nên, các kết
quả nghiên cứu đó chỉ phù hợp với điều kiện cụ thể, để ứng dụng phƣơng pháp này tại
Việt Nam thì cần có nghiên cứu phù hợp với điều kiện hiện tại trong nƣớc, cần có tính
hệ thống và cơ sở khoa học nhằm ứng dụng các kết quả nghiên cứu của phƣơng pháp
x lý thủy - nhiệt này.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành luận án: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ xử lý thủy - nhiệt đến chất lượng gỗ Bạch đàn (Eucalyptus
urophylla S.T. Blake)”, nhằm có đƣợc những căn cứ khoa học xác đáng, thúc đẩy phát

triển công nghệ biến tính gỗ nói chung và x lý thủy - nhiệt nói riêng cho ngành Công
nghệ gỗ, mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả s dụng nguồn nguyên liệu và đa dạng
hóa loại hình sản phẩm.


3

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái niệm về biến tính gỗ v xử lý thủy - nhiệt
1.1.1. Khái niệm biến tính gỗ [41],[42]
Callum Hill (2006) trong cuốn ―Wood modification: chemical, thermal and
other processes‖ đã định nghĩa: ―biến tính gỗ liên quan đến quá trình tác động của tác
nhân hoá học, sinh học hoặc vật lý đến vật liệu gỗ, tạo ra sự cải thiện các tính chất của
gỗ trong quá trình s dụng. Bản thân gỗ x lý nhiệt ít gây độc và không tạo ra các chất
độc trong qua trình s dụng; hơn thế nữa, các sản phẩm tái chế từ gỗ x lý nhiệt và phế
thải của gỗ x lý nhiệt cũng không gây độc hại với con ngƣời và môi trƣờng‖.
Biến tính gỗ là quá trình tác động đến cấu trúc tế bào gỗ nhƣ đƣợc mô tả ở hình 1.1

Điền đầy
ruột tế bào

Điền đầy
vách tế bào

Hóa chất
phản ứng với
nhóm OH

Hóa chất tạo
cầu nối với

chuỗi xelulo

Thay đổi cấu
trúc vách tế
bào

Hình 1.1. Biến tính gỗ tác ộng ến cấu trúc tế b o gỗ (dựa vào minh hoạ của
Norimoto, (2001))
A: Cấu trúc gỗ từ thô đại đến hiển vi và siêu hiển vi


4

B: Các hình thức thay đổi trong tế bào gỗ do biến tính, từ trái sang phải: (B1) hóa
chất tích tụ ở ruột tế bào, (B2) hóa chất tích tụ ở vách tế bào, (B3) hoá chất có phản
ứng với nhóm hydroxyl của xenlulo (liên kết một phía), (B4) hoá chất tạo cầu nối với
các chuỗi xenlulo (liên kết hai phía), (B5) thay đổi cấu trúc vách tế bào (dựa vào minh
hoạ của Norimoto, (2001)).
Tuỳ theo các tác nhân biến tính và đặc điểm quá trình tác động lên cấu trúc tế bào,
biến tính gỗ có thể đƣợc chia thành: biến tính hoá học, vật lý và hóa cơ.
1.1.2. Khái niệm xử lý thuỷ - nhiệt [21],[28],[36],[41],[42],[43]
X lý thủy - nhiệt là quá trình làm thay đổi một số tính chất vật lý, cơ học, sinh
học và tính chất công nghệ của gỗ dƣới tác dụng của nhiệt độ cao khi x lý gỗ ở trong
môi trƣờng nƣớc hoặc hơi nƣớc, sau đó đƣợc gia nhiệt bằng phƣơng pháp sấy.
Nhiệt độ của môi trƣờng trong x lý thuỷ - nhiệt cho gỗ dao động từ 120°C đến
200°C. Ở nhiệt độ thấp hơn 100°C, tính chất vật liệu gỗ thay đổi không đáng kể, nhƣng
nếu nhiệt độ lớn hơn 200°C, gỗ sẽ bị phá huỷ nghiêm trọng, đặc biệt là cƣờng độ của
gỗ giảm đáng kể. Các quá trình x lý thuỷ - nhiệt hiện nay giới hạn nhiệt độ x lý
không vƣợt quá 200°C và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ:
- Thời gian và nhiệt độ của quá trình x lý

- Loại gỗ
- Độ ẩm của gỗ trƣớc khi x lý
- Kích thƣớc của mẫu gỗ đƣợc x lý
X lý thuỷ - nhiệt là quá trình x lý 2 giai đoạn:
1. X lý thủy - nhiệt :

120 °C - 200 °C

Làm khô sơ bộ

Hong phơi tự nhiên

2. Đa tụ :

120 °C - 200 °C


5

1

2

Hình 1.2. Quá tr nh xử lý thủy - nhiệt
Quá trình của x lý thủy - nhiệt là x lý qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Gỗ đƣợc x lý trong môi trƣờng nƣớc ở nhiệt độ cao làm hòa tan một
số chất chiết xuất, phá hủy hemixenlulo, tiền thân phân hủy lignin và xenlulo (khi nhiệt
độ và độ ẩm cao).
Giai đoạn 2: Gỗ sau khi x lý trong môi trƣờng nƣớc hoặc hơi nƣớc, để ráo rồi tiến
hành sấy. Khi đó các chất bị tan trong giai đoạn 1 đƣợc đa tụ lại hình thành các chất

mới trong gỗ.

Thiết bị xử lý nhiệt của quy tr nh
PLATO®-WOOD [28]

Thiết bị xử lý nhiệt của quy trình OHT in
Reulbach - ẢnhMenz Holz, Đức [21]

Hình 1.3. Thiết bị xử lý nhiệt v thủy - nhiệt


6

2.2. Tổng quan nghiên cứu về xử lý nhiệt v thủy - nhiệt
Các công trình nghiên cứu gỗ biến tính đã đƣợc thực hiện từ khá lâu. Sản phẩm
gỗ biến tính có nhiều tính chất đƣợc cải thiện so với gỗ nguyên. Từ xa xƣa, con ngƣời
đã dùng nhiều các biện pháp truyền thống mang tính thủ công để bảo quản gỗ và thay
đổi màu sắc gỗ… bằng việc ngâm gỗ ở các ao hồ, tiếp theo đó là x lý làm dẻo cho gỗ
nhƣ hấp, luộc gỗ thông qua quá trình truyền nhiệt vào trong gỗ để ứng dụng chế biến
sản xuất gỗ cho các mục đích khác nhau của sản phẩm. Ngay nay, công nghệ s dụng
nhiệt làm thay đổi, nâng cao chất lƣợng gỗ đƣợc ứng dụng rộng rãi và khác nhau. Tuy
nhiên, với một xu hƣớng chung là ―Nâng cao chất lƣợng gỗ‖, trong luận án nay tập
trung trình bày các phƣơng pháp x lý nhiệt nói chung và x lý thủy - nhiệt nói riêng.
2.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
2.2.1.1. Các phương pháp xử lý nhiệt hiện nay
Từ những năm 1915, báo cáo của Tiemann [69] đã đề cập đến, gỗ sau khi sấy ở
nhiệt độ 1500C trong thời gian 4h, tính hút ẩm giảm 10-25%, nhƣng cƣờng độ của gỗ
cũng có sự giảm nhẹ. Đến năm 1937, trong báo cáo của Stamm và Hansen [65] thể
hiện, x 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. Sau đó, các phƣơng pháp x lý nhiệt đƣợc phát

triển mạnh và đƣợc cấp bằng sáng chế đó là 5 công nghệ điển hình, cụ thể ở các nƣớc
Châu Âu nhƣ Hà Lan, Pháp, Đức, Phần Lan đã thiết lập đƣợc 5 công nghệ biến tính nhiệt
điển hình nhƣ: 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 đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất công nghiệp. Tất cả 5 công nghệ x lý nhiệt này, có điểm chung là gỗ phải chịu
nhiệt độ gần hoặc trên 2000C trong vài giờ trong môi trƣờng không khí với hàm lƣợng
oxy thấp. Các loại hình x lý này, có chung một đặc điểm là một số tính chất cơ học
giảm, tính ổn định kích thƣớc và độ bền sinh học tăng lên mà không cần thêm các hóa
chất bên ngoài và chất bảo quản [21].


7

Công nghệ x lý nhiệt PlatoWood (biến tính thủy - nhiệt) của Hà Lan s dụng các
công đoạn khác nhau tiến hành x lý gỗ, kết hợp quá trình nhiệt giải trong nƣớc với sấy
và ổn định hóa. Trong quá trình x 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. Phƣơng pháp x lý này chủ
yếu đƣợc cấu thành từ hai công đoạn chính, và công đoạn sấy trung gian. Giai đoạn thứ
nhất, tiến hành x lý gỗ tƣơi hoặc gỗ phơi khô trong điều kiện nhiệt độ từ 160-190oC
với áp suất nhất định, sau đó s dụng phƣơng pháp sấy thông thƣờng làm giảm độ ẩm
gỗ, tiếp theo tiến hành giai đoạn thứ hai, trong giai đoạn này gỗ đƣợc đặt trong môi
trƣờng có nhiệt độ 170-190oC tiến hành x lý ổn định hóa. Thời gian x lý của quá
trình này phụ thuộc và loại gỗ, độ dày và hình dạng ván…[28],[43].
Công nghệ x lý dầu nhiệt (OHT) s dụng các loại dầu thực vật từ tự nhiên thông
qua vòng tuần hoàn kín tiến hành x lý gỗ, nhiệt độ thƣờng dùng từ 160oC trở lên [73].
Công nghệ này thiết bị phức tạp chí phí tốn kém.
Công nghệ x lý nhiệt Retification [72],[77] của Pháp s dụng gỗ phơi khô (độ
ẩm khoảng 12%), tiến hành x lý ở nhiệt độ 210-240oC, trong môi trƣờng khí N2 có
hàm lƣợng O2 dƣới 2%. Với công nghệ này, nhiệt độ x lý cuối cùng trong quá trình

x lý có ảnh hƣởng rất lớn đến độ bền tự nhiên và cƣờng độ gỗ. Gỗ sau khi x lý, độ
bền tự nhiên tăng lên đáng kể, mức độ thay đổi phụ thuộc vào loại gỗ, nhiệt độ và thời
gian x lý.
Công nghệ x lý nhiệt ThermoWood của Phần Lan s dụng gỗ đã sấy tiến hành x
lý nhiệt trong môi trƣờng hơi nƣớc. Sản phẩm của công nghệ này đƣợc 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 s dụng làm công trình kiến trúc ngoài trời, đồ gia dụng… Hiện tại công nghệ
này đã đạt đƣợc nhiều thành tựu đáng kể, sản phẩm có thị trƣờng lớn nhất so với các
công nghệ còn lại [68].


8

Dƣới đây là bảng so sánh đặc điểm của các công nghệ x lý nhiệt gỗ hiện nay
[28],[61],[68],[74].
Bảng 1.1. Đặc iểm một số công nghệ xử lý nhiệt hiện nay
Tên công nghệ

Chất bảo vệ

Độ ẩm ban ầu

Nhiệt ộ xử lý
(oC)

Giá
thànha(€/m3)

ThermoWood

Hơi nƣớc

Gỗ tƣơi hoặc gỗ
sấy

180-250

-

Retification

Khí N2

Gỗ phơi khô

200-240

150-160

Perdure

Hơi nƣớc

Gỗ tƣơi

200-240

100

PlatoWood

Nƣớc, hơi nƣớc Gỗ tƣơi hoặc gỗ
hoặc không khí phơi khô

170-190

100

OHT

Dầu thực vật

180-220

65-95

Gỗ phơi khô

a

Ghi chú: Không bao gồm giá thành nguyên liệu

Theo tổng kết x lý nhiệt cho gỗ của mạng lƣới Châu Âu chuyên đề cho gỗ biến
tính đƣợc tổ chức Hội thảo tại Pháp gồm các quy trình sau:
a) Quy trình ThermoWood của Phần Lan [21]
Tuula Syrjänen, Kestopuu Oy (2001), báo cáo ―sản xuất và phân loại gỗ x lý
nhiệt tại Phần Lan‖: Ở Phần Lan x lý nhiệt gỗ bắt đầu vào đầu những năm 1990 khi
nhà máy x lý đầu tiên đƣợc xây dựng ở Mänttä. ThermoWood, đã đƣợc phát triển tại
Trung tâm nghiên cứu Phần Lan VTT cùng với ngành công nghiệp Phần Lan. Hiện

nay, các nhà sản xuất liên kết ở các dự án nghiên cứu, đặc biệt là trong đó nhằm mục
đích kiểm soát chất lƣợng và phân loại x lý nhiệt gỗ. Theo Hiệp hội quá trình
ThermoWood có thể chia thành ba giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: Nhiệt độ tăng và thiết bị x lý nhiệt độ cao. Nhiệt độ thiết bị x lý
đƣợc nâng lên với tốc độ nhanh chóng bằng cách s dụng nhiệt và hơi nƣớc lên một
mức độ khoảng 1000C. Sau đó nhiệt độ tăng dần đến 1300C trong thời gian đó sấy ở
nhiệt độ cao di n ra và độ ẩm trong gỗ giảm xuống gần nhƣ bằng không.
- Giai đoạn 2: X lý nhiệt: Khi các lò sấy nhiệt độ cao đã di n ra các nhiệt độ
bên trong lò tăng lên đến một mức độ giữa 1500C và 2400C, duy trì nhiệt độ cần đặt
(không đổi) trong 0,5 đến 4 giờ tùy thuộc vào ứng dụng s dụng cuối cùng.


9

- Giai đoạn 3: Làm lạnh và ổn định độ ẩm. Giai đoạn cuối cùng là để giảm nhiệt
độ giảm s dụng hệ thống phun nƣớc và sau đó khi nhiệt độ đã đạt đến 80-900C, hấp và
làm lạnh, ổn định nhiệt độ giảm lại bình thƣờng trong khoản 24 giờ.
b) Quy trình Rectification và Le Bois Perdure của Pháp
Michel Vernois (2001), báo cáo về ―X lý nhiệt cho gỗ tại Pháp‖. Tác giả trình
bài hai công nghệ x lý nhiệt cho gỗ đó là x lý nhiệt theo quy trình ―Rectification‖ và
Le Bois Perdure. Đối với quy trình Rectification nhiệt độ x lý 210-2400C trong môi
trƣờng khí N2 có hàm lƣợng O2 dƣới 2%, độ ẩm của gỗ x lý là 12% với thiết bị x lý
công nghiệp. Đối với quy trình ―Le Bois Perdure‖ với thiết bị x lý đƣợc phát bởi công
ty BCI-MBS, gỗ đƣa vào thiết bị x lý nhiệt là gỗ tƣơi, sau đó làm nóng lên đến nhiệt
độ 2300C, trong môi trƣờng hơi nƣớc (hơi nƣớc đƣợc tạo ra từ nƣớc chứa trong gỗ).
Theo đánh giá kết quả của tác giả thì gỗ x lý nhiệt của cả hai quy trình trên đều có
tính chất cơ học giảm, nâng cao đƣợc tính ổn định kích thƣớc, đặc biệt là giảm độ ẩm
thăng bằng của gỗ xuống 4 - 5% so với gỗ không x lý là 10-12% đều này có ý nghĩa
quan trọng về độ bền sinh học của gỗ x lý, ngoài ra khi ngâm nƣớc gỗ x lý có thể hút
nƣớc hơn 20% nhƣng có thể đƣa lƣợng nƣớc này ra khá d dàng sản phẩm gỗ này phù

hợp cho việc s dụng vào các công trình xây dựng. Tuy nhiên, tác giả cũng đã khuyến
cáo chất lƣợng của gỗ x lý nhiệt ảnh hƣởng bởi nhiệt độ và thời gian x lý và loại gỗ
khác nhau cho kết quả khác nhau.
c) Quy trình OHT-Oil Heat Treatment của Đức
Andreas O. Rapp và Michael Sailer (2001), báo cáo về ―X lý nhiệt trong dầu
cho gỗ tại Đức‖. X lý nhiệt này (OHT-Oil Heat Treatment), thƣờng di n ra trong môi
trƣờng khí trơ ở nhiệt độ từ 180 - 260 0C (Leithoff và Peek 1998). Các điểm sôi của
nhiều loại dầu tự nhiên và nhựa là cao hơn so với nhiệt độ cần thiết để x lý nhiệt gỗ.
Điều này mở ra các lựa chọn x lý nhiệt cho các loại gỗ khác nhau trong môi trƣờng
nóng dầu. Cũng trong bài này, tác giả trình bày kết quả nghiên cứu x lý nhiệt cho gỗ
Thông với nhiệt độ 1800C, 2000C, 2200C, thời gian 4 giờ, dung lƣợng mẫu (n=15) và
so sánh giữa hai môi trƣờng x lý dầu và không khí thƣờng, thông qua kết quả cho
thấy hệ số chống trƣơng nở (ASE): ở nhiệt độ 1800C x lý bằng dầu thấp hơn x lý
bằng không khí thƣờng, ở nhiệt độ 2000C x lý trong môi trƣờng dầu cao hơn x lý


10

trong môi trƣờng không khí thƣờng và ở nhiệt độ 2200C thì x lý trong môi trƣờng dầu
thấp hơn một ít so với x lý trong môi trƣờng không khí thƣờng. Mô đun đàn hồi
(MOE) và mô đun uốn (MOR): cả hai tính chất này thì x lý bằng dầu đều cao hơn x
lý bằng không khí thƣờng, mô đun đàn hồi (MOE) đạt đến 11.000 N/mm2 trong môi
trƣờng dầu ở nhiệt độ là 2000C.
d) Quy trình PLATO®-WOOD của Hà Lan
Holger Militz và Boke Tjeerdsma (PLATO-PROCESS) [21]; The Plato
technology (PLATO®-WOOD: 2006) [28]: Từ năm 1995 một đội ngũ kỹ sƣ Plato đã
phát triển công nghệ lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm của Hoàng gia Hà Lan. Nhiệt
độ và áp suất trong quá trình này là lập trình cẩn thận và phù hợp cho từng loại của các
loài gỗ đƣợc s dụng. Các loài gỗ đƣợc x lý đã đƣợc kiểm tra để thiết lập phù hợp và
điều kiện quá trình tối ƣu của nó. Điều này đã tạo nên một sản phẩm gỗ ổn định kích

thƣớc và bền, phạm vi của các ứng dụng sản phẩm gỗ (hàng rào khu vƣờn, gỗ ốp tƣờng
và khung, khuôn cƣa), tiếp theo từ năm 2000 hàng trăm các công ty sản xuất và các dự
án đã đƣợc thực hiện tại Hà Lan, Bỉ và Đức, vì thế khẳng định và phản ánh tiềm năng
kinh tế của của công nghệ này [28]. Quy trình Plato s dụng các giai đoạn khác nhau,
giai đoạn 1 là giai đoạn x lý và kết hợp liên tục bƣớc thủy nhiệt phân và giai đoạn 2 là
giai đoạn sấy đa tụ (curing). Mục đích của giai đoạn 1 là Tác động của thủy nhiệt phân,
trong kết quả x lý Plato là sự xuất hiện của biến đổi các thành phần hóa học khác
nhau, s dụng sự hiện diện của độ ẩm dồi dào trong vách tế bào gỗ để thủy nhiệt phân
nhằm hòa tan các chất chiết xuất và tiền thủy phân hemixenlulo và lignin, hạn chế các
phản ứng của các chất không muốn, nhiệt độ x lý trong giai đoạn này từ 150 0C 1900C trong môi trƣờng hơi nƣớc, giải đoạn 2 là giai đoạn sấy đa tụ nhằm đóng rắn các
chất và kết hợp các chất lại với nhau thành một chất mới, nhiệt độ của giai đoạn này từ
1500C - 1900C trong môi trƣờng không khí khô [21]. Theo kết quả nghiên cứu của
công nghệ Plato [28] thì các tính chất cơ học thay đổi so với gỗ không x lý: Các mô
đun đàn hồi (MOE) đƣợc tăng lên (0-10%), các mô đun uốn (MOR) là giảm phần nào
(5-20%), tổn thất khối lƣợng (WL) rất ít so với các phƣơng pháp x lý nhiệt khác. Nhìn
chung, tính chất cơ học của Plato® Wood làm cho sản phẩm gỗ x lý phù hợp cho việc
s dụng vào các công trình đồ mộc nội ngoại thất, đồ gỗ trong vƣờn và các công trình
đòi hỏi tính chịu nƣớc cao của gỗ.


11

2.2.1.2. Các công trình nghiên cứu về xử lý nhiệt và thủy - nhiệt
a) Các công trình nghiên cứu về ổn định kích thức
Stamm A. and L. Hansen (1937) đã thành công khi cho thực hiện phản ứng giữa
nhóm hydroxyl với anydric axetic và pyridin ở dạng khí. Pyridin hoạt động nhƣ một
chất gây trƣơng nở tế bào và là chất xúc tác cho phản ứng tạo este. Hệ số chống dãn nở
có thể đạt đến 80% với độ axetyl hoá khoảng 25%. Tarkow (1950) và Goldstein (1961)
đã tiến hành quá trình axetyl hoá ở dạng khí và dung dịch lỏng cho gỗ xẻ từ gỗ Vân
sam có kích thƣớc 5 x12 x120 cm trong thời gian từ 8-16 h, mức độ axetyl hoá đạt 2022% và hệ số chống dãn nở đạt đến 80% [65].

Theo Hiroshi Jinno (1993), kết quả sự tăng nhiệt độ sấy gỗ làm giảm tính hút
nƣớc của các polychaccarit, độ ổn định kích thƣớc của gỗ tăng lên, song ở mức độ cao
của sự hạ bậc, phân đoạn các cấu t trong gỗ sẽ làm giảm cƣờng độ gỗ, tính chống
thấm, chống nƣớc tăng lên, màu gỗ trở nên tối hơn, tuy nhiên, nếu sự hạ bậc, phân
đoạn các cấu t gỗ là nhỏ và sự tạo thành cấu trúc liên kết là trội hơn thì cơ tính của gỗ
sẽ tăng lên [11].
Militz H (2002), x lý nhiệt cho gỗ nhằm nâng cao các tính chất khác nhau của
nó, chẳng hạn nhƣ chống thấm nƣớc, ổn định kích thƣớc, hệ số chống trƣơng nở
(ASE), chống tia UV [54].
Behbood Mohebby và Ibrahim Sanaei (2005), nghiên cứu ảnh hƣởng của x lý
thuỷ - nhiệt đến tính chất vật lý của gỗ Sồi (Fagus orientalis). Mẫu gỗ (20x20x20mm)
đƣợc đặt trong một khoang thép không gỉ, chứa đầy nƣớc. Mẫu đƣợc x lý ở nhiệt độ
1600C, 1800C và 2000C trong 4, 5 và 6 giờ. Mẫu gỗ đã x lý đƣợc ngâm trong nƣớc 24
giờ, sau đó sấy khô, chu kỳ ngâm/sấy đƣợc lặp đi lặp lại 7 lần. Kết quả cho thấy ASE,
WRE tăng và khối lƣợng thể tích bị giảm nhẹ [22].
P.Rezayati Charani và cộng sự (2007) ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ x lý
thuỷ nhiệt đến sự ổn định kích thƣớc của gỗ sồi‖. Mẫu gỗ đƣợc x lý ở nhiệt độ khác
nhau (1500C, 1600C, 1700C) và thời gian khác nhau (1giờ, 3 giờ, 5 giờ và 7 giờ) trong
lò phản ứng. Kết quả hệ số chống trƣơng nở tăng và khối lƣợng thể tích giảm cùng với
tăng nhiệt độ tiếp xúc và thời gian, ASE cao nhất là 47,43% thu đƣợc ở nhiệt độ 1700C
thời gian 1 giờ, nhƣng x lý ở nhiệt độ 1700C ASE có xu hƣớng giảm khi thời gian x


12

lý tăng. Hiệu suất chống hút nƣớc (WRE) của mẫu gỗ đƣợc x lý ở 160 0C, 1700C cao
hơn nhiều so với 1500C trong thời gian 1 giờ. Trong thời gian 3 giờ, 5 giờ, giá trị
WRE lớn hơn ở 1500C hơn 1600C và 1700C. Ở 1500C, 1600C, 1700C trong thời gian 1
giờ thì giá trị WRE gần bằng nhau. WRE lớn nhất là 22,20% thu đƣợc khi x lý ở nhiệt
độ 1700C trong thời gian 1 giờ [57].

b) Các công trình nghiên cứu về tính chất cơ học của gỗ
Kết quả nghiên cứu của Hiroshi Jnno (1993), Misatonrimoto và Joeseph Gril
cho thấy x lý gỗ ở 1800C từ 3 giờ - 10 giờ với áp suất thƣờng làm cho cƣờng độ, và
đặc biệt là mô đun đàn hồi của gỗ tăng nhẹ [5],[11].
Inga JUODEIKIENĖ (2009), đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của x lý thủy - nhiệt
đến cƣờng độ nén và uốn tĩnh của gỗ Thông. Các mẫu đƣợc x lý ở 60, 80, 100 và
1200C với thời gian 24, 48, 72 và 96 giờ. Kết quả cƣờng độ uốn tĩnh của gỗ Thông
đƣợc x lý nhiệt trong thời gian giảm xuống so với gỗ ban đầu. Những kết quả này chỉ
ra rằng nhiều thay đổi đáng kể đạt đƣợc trong quá trình làm nóng ở nhiệt độ 600C và
800C với thời gian 96 giờ. Sự gia tăng cƣờng độ nén dọc thớ gỗ có thể đƣợc liên quan
đến việc thay đổi kết cấu gỗ. Phá hủy hệ thống hemixenlulo sớm hơn so với xenlulo và
lignin. Sự xuống cấp của hemixenlulo từ những chuỗi dài chuỗi thành những chuỗi
ngắn hơn, có khả năng chịu nén dọc thớ gỗ tốt hơn. Song cƣờng độ uốn tĩnh và cƣờng
độ nén vuông góc với thớ gỗ giảm [45].
c) Các công trình nghiên cứu về thay đổi màu sắc gỗ
Andreja KUTNAR , Milan ŠERNEK (2008), nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ
x lý thuỷ - nhiệt làm thay đổi màu sắc gỗ. Dƣới tác động của nhiệt độ cao và độ ẩm
tạo ra sự thay đổi lớn trong cấu trúc gỗ, dẫn đến thay đổi màu sắc gỗ. Màu sắc gỗ tối
hơn khi x lý ở nhiệt độ cao hơn và thời gian x lý lâu hơn. Trong x lý nhiệt với
không khí, tỉ lệ giảm độ sáng lên tới 4% khối lƣợng, gỗ đƣợc x lý thủy nhiệt tối hơn
50% so với gỗ ban đầu. Màu sắc tối hơn đƣợc khẳng định bởi sự hình thành của các
loại giảm cấp có màu từ hemixenlulo và những chiết suất tham gia vào quá trình hình
thành màu của gỗ đƣợc x lý thủy nhiệt. Sự thay đổi màu cũng liên quan đến sự hình
thành của các sản phẩm oxy hóa nhƣ quinines [20].


13

Bruno Esteves, António Velez Marques, Idalina Domingos and Helena Pereira
(2008), ―Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến sự thay đổi màu sắc của gỗ Thông (Pinus

pinaster) và gỗ Bạch đàn (Eucalyptus globulus)‖. X lý nhiệt trong thời gian 2-24 giờ ở
170 - 200 0C và bằng hơi nƣớc, các thông số màu L*, a* và b* đƣợc xác định theo
phƣơng pháp CIELAB và sự thay đổi của chúng thông qua xác định giá trị của (ΔL*,
Δa* và Δb*) đƣợc tính toán theo phần trăm. Gỗ Bạch đàn thay đổi ít hơn độ sáng (L*)
dao động từ 54,1-63,8% với chỉ số a* từ 7,4-8,5 và chỉ số b* từ 15,7-19,9; gỗ Thông độ
sáng L* thay đổi từ 67,3-76,1%, chỉ số a* từ 6.9 -7,6 và chỉ số b* 16,3 -24,1. Màu sắc,
x lý nhiệt cho thấy một tiềm năng tốt để nâng cao chất lƣợng gỗ cho các sản phẩm gỗ
từ Thông và Bạch đàn [27].
d) Các công trình nghiên cứu về tỉ lệ tổn hao khối lượng gỗ
Esteves và các cộng tác [34] đã nghiên cứu x lý nhiệt cho gỗ Thông trong môi
trƣờng không khí thu đƣợc kết quả tốc độ giảm khối lƣợng của gỗ (tỉ lệ giữa tỉ lệ giảm
khối lƣợng và thời gian x lý, %/h) tăng khi nhiệt độ x lý tăng, cụ thể khi nhiệt độ
tăng từ 170 oC đến 200 oC, thì tốc độ giảm khối lƣợng của gỗ thông tăng từ 0,20%/h
đến 1,03%/h.
Alén và đồng nghiệp [19] đã chỉ ra, khi tỉ lệ giảm khối lƣợng trong phạm vi 1,5%
(điều kiện x lý 180oC, 4h) đến 12,5% (điều kiện x lý 225oC, 6h), thì tỉ lệ giảm khối
lƣợng cũng tăng lên khi nhiệt độ tăng.
Căn cứ bằng phát minh sáng chế của Viitanienmi [85], nếu muốn thu đƣợc gỗ
có tính ổn định kích thƣớc cao cần x lý với tỉ lệ giảm khối lƣợng khoảng 3%, và khi tỉ
lệ giảm khối lƣợng là 5% thì có thể nâng cao tính bền của gỗ.
e) Các công trình nghiên cứu về tính chất công nghệ của gỗ xử lý nhiệt
Derya Sevim Korkut , Bilgin Guller (2007), đã nghiên cứu ―Ảnh hƣởng của x
lý nhiệt trên tính chất vật lý và độ nhám bề mặt gỗ Phong đỏ (Acer trautvetteri
Medw)‖. Nhiệt độ x lý là 1200C, 1500C và 1800C; Thời gian x lý là 2h, 6h và 10h,
mẫu gỗ kiểm tra khối lƣợng thể tích và độ trƣơng nở (20x20x30mm) và mẫu gỗ kiểm
tra độ nhẵn bề mặt (50x50x50mm) đƣợc thực hiện theo một số tiêu chuẩn Thổ Nhĩ Kỳ
và ISO, đƣợc thực hiện trên máy bào cố định dao cắt với tốc độ 1 m/s và độ nhọn lƣỡi