Nghiên cứu xử lý gỗ rừng trồng bằng hợp chất silic và boron nhằm nầng cao ổn định kích thước và khả năng chống cháy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

BÙI HỒNG NAM

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ GỖ RỪNG TRỒNG BẰNG HỢP
CHẤT SILIC VÀ BORON NHẰM NÂNG CAO ỔN ĐỊNH
KÍCH THƯỚC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nô ̣i - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
--------------------

BÙI HỒNG NAM

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ GỖ RỪNG TRỒNG BẰNG HỢP
CHẤT SILIC VÀ BORON NHẰM NÂNG CAO ỔN ĐỊNH
KÍCH THƯỚC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

Hà Nô ̣i - 2011.


i
LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thị Bích Ngọc người đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo trường Đại học
Lâm nghiệp, khoa Chế biến lâm sản, Viện khoa học lâm nghiệp, phòng bảo
quản lâm sản-Viện khoa học lâm nghiệp, Trung tâm thí nghiệm – khoa chế
biến lâm sản – Trường Đại học Lâm nghiêp, khoa Sau Đại học - Trường đại
học Lâm nghiệp và các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy các môn trong chương
trình đào tạo thạc sỹ.
Tôi xin cam đoan số liệu điều tra, khảo sát và thu thập, xử lý là trung
thực và được trích dẫn rõ ràng.
Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2011
Tác giả

Bùi Hồng Nam

ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn .................................................................................................................. i
Mục lục ....................................................................................................................... ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................v
Danh mục các bảng ................................................................................................... vi
Danh mục các hình ................................................................................................... vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...............................................3

1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng hợp chất Boron và Silic để xứ lý chống
cháy và ổn định kích thước gỗ ....................................................................... 3
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..................................................... 3
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước ................................................. 7
1.1.3. Tính cấp thiết vấn đề cần nghiên cứu ............................................. 10
1.2. Khái niệm biến tính gỗ .......................................................................... 11
1.3. Biến tính gỗ bằng hợp chất vô cơ ......................................................... 13
Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....14

2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 14
2.1.1. Mục tiêu tổng quát .......................................................................... 14
2.1.2 Mục tiêu cụ thể ................................................................................. 14
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 14
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu: .................................................................... 14
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 14
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 14
2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 15
2.4.1. Chuẩn bị mẫu thử và dụng cụ thí nghiệm ....................................... 15

iii
2.4.2. Phương pháp tuyển chọn hợp chất silic và boron có khả năng nâng
cao độ độ ổn định kích thước gỗ và chống cháy cho gỗ........................... 18
2.4.3. Phương pháp tẩm hóa chất xử lý gỗ đã tuyển chọn vào gỗ Keo lai
................................................................................................................... 18
2.4.4. Kiểm tra khả năng ổn định kích thước của gỗ sau xử lý ................ 19
2.4.5. Kiểm tra khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý ...................... 20
2.5. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 21
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN..................................................................................22

3.1. Gỗ Keo lai ............................................................................................. 22
3.2. Thành phần hóa học gỗ và vấn đề biến tính gỗ .................................... 24
3.3. Ổn định kích thước gỗ .......................................................................... 28
3.4. Quá trình cháy của gỗ và cơ chế chống cháy........................................ 31
3.4.1. Quá trình cháy của gỗ .................................................................... 31
3.4.2. Cơ chế chống cháy cho gỗ .............................................................. 34
3.5. Cơ chế xử lý gỗ bằng hợp chất silic và boron ...................................... 39
3.6. Cơ sở lý luận về quá trình thấm hóa chất vào gỗ.................................. 42
3.6.1. Cơ chế thấm hóa chất vào gỗ ......................................................... 42
3.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm tẩm gỗ ........................ 49
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................55

4.1. Lựa chọn các công thức hóa chất xử lý gỗ trên cơ sở các hợp chất của
silic và boron ................................................................................................ 55
4.2. Kết quả kiểm độ ổn định kích thước của gỗ sau xử lý ......................... 60
4.2.1. Khả năng thấm của các công thức hóa chất đã lựa chọn vào gỗ Keo
lai đối với mẫu ổn định kích thước ........................................................... 60
4.2.2. Khả năng chống trương nở của gỗ Keo lai sau xử lý (ASE) .......... 63

4.2.3. Hiệu quả làm căng tế bào của gỗ sau xử lý (B) ............................. 67
4.3. Khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý .......................................... 69


iv
4.3.1. Khả năng thấm thuốc của các công thức hóa chất đã lựa chọn vào
gỗ Keo lai đối với mẫu dùng chống cháy ................................................. 69
4.3.2.. Tỷ lệ tổn thất khối lượng của gỗ .................................................... 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ý nghĩa

Ký hiệu
CĐ

Đơn vị

Chế độ xử lý

l

Chiều dài mẫu

mm

t

Chiều dày mẫu

mm

w

Chiều rộng mẫu

mm

WPG

Hệ số thấm thuốc

%

ASE

Hệ số chống trương nở

%

B

Hiệu quả làm căng tế bào

%

0

Khối lượng thể tích gỗ khô kiệt

M

Tổn thất khối lượng

%

m

Khối lượng mẫu sau khi ngâm

g

m0

Khối lượng mẫu sau khi sấy

g

ĐC

Mẫu đối chứng

T

Nhiệt độ xử lý

v

Thể tích gỗ sau khi ngâm

cm3

τ

Thời gian xử lý

giờ

v0

Thể tích gỗ sau khi sấy

cm3

g/cm3

0

C


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG

TT

Tên bảng

Trang

3.1

Một số tính chất vật lý và cơ học của gỗ Keo lai

23

3.2

So sánh tính năng hoà tan trong nước của vài hợp chất B

42

4.1

Các công thức hóa chất

59

4.2

4.3
4.4
4.5
4.6
4.7

4.8

4.9
4.10
4.11

Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu ổn
định kích thước
Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu
ổn định kích thước đã được phân nhóm
Kết quả tính toán khả năng chống trương nở ASE
Kết quả tính toán khả năng chống trương nở ASE đã
được chia theo nhóm
Kết quả tính toán hiệu quả làm căng tế bào của gỗ (B)
Kết quả tính toán hiệu quả làm căng tế bào của gỗ (B)
theo tùng nhóm công thức
Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu
dùng chống cháy
Kết quả tính toán khả năng thấm thuốc đối với mẫu
dùng chống cháy phân theo nhóm
Kết quả tính toán tỷ lệ tổn thất khối lượng M của gỗ
Kết quả tính toán tỷ lệ tổn thất khối lượng M của gỗ
chia theo nhóm hóa chất

60

62
64
65
67

68

70

71
73
74


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

2.1

Mẫu chống cháy

15

2.2

Tủ sấy mẫu

15

2.3

Ống Lửa thí nghiệm

16

2.4

Bình khuấy pha hóa chất

16

2.5

Cân điện tử

17

2.6

Thước đo

17

2.7

Thiết bị ngâm tẩm chân không áp lực

18

3.1

Cấu trúc phân tử Xenlulô

25

3.2

Đơn phân cấu tạo của lignin

27

3.3

Đơn vị cấu tạo của lignin

27

3.4

Mô hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ

30

3.5

Quá trình cháy của gỗ

33

Cơ chế phản ứng của các chất chống cháy khi gia nhiệt trở

3.6

36
thành acid hoặc bazơ

4.1

Cấu trúc phân tử của Natri silicate

57

4.2

Cấu trúc phân tử của Borax

57

4.3

Cấu trúc phân tử của axít Boric

58


viii

4.4

Cấu trúc phân tử của axit Silicic

58

4.5

Axit Silicic

58

Biểu đồ thể hiện khả năng thấm thuốc đối với mẫu ổn định
4.6

61
kích thước

4.7

Mẫu ổn định kích thước

62

4.8

Biểu đồ thể hiện khả năng chống trương nở ASE

65

4.9

Biểu đồ thể hiện hiệu quả làm căng tế bào của gỗ

68

Biểu đồ thể hiện khả năng thấm thuốc đối với mẫu dùng
4.10

70
chống cháy

4.11 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ tổn thất khối lượng của gỗ

73

4.12 Mẫu nguyên liệu sau thí nghiệm

74


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam trong những năm gần đây đã có
những bước phát triển vượt bậc, kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ đứng vị trí
số một trong các mặt hàng lâm sản xuất khẩu của nước ta. Theo thống kê cho
thấy tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu năm sau so với năm trước luôn
đạt mức tăng xấp xỉ 500 triệu USD/năm. Kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ
các năm 2004 là 1,154 triệu USD, năm 2005 là 1,562 triệu USD, năm 2006 là
2 tỷ USD, năm 2007 là 2,4 tỷ USD và năm 2008 đạt 2,8 tỷ USD, sản phẩm đồ
gỗ của Việt Nam đã có mặt trên 120 quốc gia trên thế giới thông qua hơn gần
1.000 doanh nghiệp xuất khẩu trực tiếp và gián tiếp. Những thị trường lớn của
Việt Nam là Hoa Kỳ (chiếm 38-41%), EU (chiếm 28-44%) và Nhật Bản
(chiếm 12-15%) thị phần giá trị sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam (Báo

cáo quy hoạch Chế biến gỗ Việt Nam, 2011).
Theo số liệu từ Tổng cục Hải Quan, kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ
của Việt nam trong tháng 4/2011 đạt 332,33 triệu USD, tăng 0,8% so với
tháng 3/2011 và tăng tới 33% so với cùng kỳ năm ngoái.
Lũy kế trong 4 tháng đầu năm 2011, kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ
của nước ta đạt 1,166 tỷ USD, tăng 14,6% so với cùng kỳ năm 2010, hoàn
thành 29,2% kế hoạch năm, mức kỷ lục trong lịch sử xuất khẩu gỗ và sản
phẩm gỗ của Việt Nam.
Trong 4 tháng đầu năm 2011, Hoa Kỳ liên tục duy trì là thị trường xuất
khẩu gỗ và sản phẩm gỗ lớn nhất của Việt Nam, với kim ngạch đạt 388,38
triệu USD, chiếm 33,3% tổng kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của
nước ta trong 4 tháng năm 2011. Kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ
sang 3 thị trường Châu Á là Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc đều tăng rất
mạnh, tăng lần lượt 88,02%, tăng 28,67% và tăng 93,23% so với cùng kỳ năm
ngoái.( Tổng công ty lâm nghiệp Việt Nam –Vinafor ,2011 )


2
Mặc dù vậy, trong những năm gần đây do sự phát triển của nền kinh tế,
nhu cầu về nguyên liệu gỗ ngày càng gia tăng, trong khi đó nước ra đang thực
hiện chính sách đóng cửa rừng tự nhiên. Vì vậy, gỗ rừng trồng đang trở thành
nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất của ngành công nghiệp chế biến.
Gỗ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống bởi hàng
loạt các ưu điểm như có hệ số phẩm chất cao, mềm, dễ gia công, chế biến, dễ
trang sức,…Bên cạnh những ưu thế đó, gỗ rừng trồng còn có những nhược
điểm đó là gỗ mềm nhẹ, tỷ trọng thấp, tính chất cơ, vật lý thấp, khả năng chịu
tác động của môi trường tự nhiên kém, màu sắc không đẹp. Vì gỗ có khả năng
hút ẩm, nhả ẩm dẫn đến bị thay đổi kích thước. Hơn nữa nó là vật liệu dị
hướng nên mức độ thay đổi kích thước theo các chiều không giống nhau, do
đó gỗ dễ biến hình, nứt nẻ, cong vênh. Tính co rút, dãn nở của gỗ không chỉ

gây khó khăn trong quá trình gia công, chế biến, sử dụng mà còn hạn chế khả
năng sử dụng gỗ trong môi trường có sự biến động lớn về độ ẩm. Đây là
nhược điểm lớn của gỗ phát sinh trong quá trình chế biến và sử dụng.
Chính vì thế, vấn đề nghiên cứu các giải pháp công nghệ biến tính gỗ
nhằm nâng cao chất lượng gỗ là một trong những xu hướng đã và đang được
quan tâm trên thế giới.
Với mong muốn góp phần vào quá trình nghiên cứu xử lý nâng cao
chất lượng gỗ rừng trồng, tôi được giao thực hiện luận văn tốt nghiệp:
“Nghiên cứu xử lý gỗ rừng trồng bằng hợp chất Silic và Boron nhằm
nâng cao ổn định kích thước và khả năng chống cháy”.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng hợp chất Boron và Silic để xứ lý chống
cháy và ổn định kích thước gỗ
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
a/ Nghiên cứu chống cháy cho gỗ và vật liệu gỗ
Gỗ là loại vật liệu rất dễ cháy, do đó việc làm sao có thể tăng thêm khả
năng chống cháy hay ngăn cản khả năng bắt cháy của gỗ là một vấn đề được
nhân loại quan tâm chú ý từ rất sớm. Người Hy Lạp và người Lã Mã từ cách
đây hàng nghìn năm đã sử dụng phèn và giấm để ngâm gỗ trước khi đóng tàu
thuyền đi biển, năm 83 trước công nguyên, niên giám Claudius còn ghi chép
rằng: lô cốt bằng gỗ dùng để bao vây tấn công cảng khẩu Piraeus của Hy Lạp
đã được xử lý bằng một dung dịch dạng muối sunphat kẽm với mục đích là
nhằm cản trở sự bắt cháy. Đây có thể coi là kỹ thuật làm chậm cháy đầu tiên
được ghi nhận trong lịch sử nhân loại [26 ].
Những nghiên cứu thực sự về chống cháy cho gỗ ở thời hiện đại được
ghi nhận từ những năm cuối thế kỷ 16 đến đầu thế kỷ 17, khi các yêu cầu về

xây dựng và kiến trúc ở cuối thời kỳ Phục Hưng tại Châu Âu trở nên phức
tạp và đòi hỏi yêu cầu cao hơn thời kỳ trước. Năm 1683, Nikolas Sabbattini
sau các nghiên cứu độc lập về chống cháy đã đưa ra khuyến nghị nên dùng
các loại chất phủ có pha trộn đất sét hoặc đá vôi để xử lý cho kết cấu gỗ khi
xây dựng các công trình rạp hát nổi tiếng tại Italia. Năm 1735, Jonathan Wild
đề xuất sử dụng phèn để xử lý chống cháy cho các kết cấu gỗ xây dựng tại
Anh. [ 26 ]
Năm 1820, Fuchs sau các thử nghiệm hết sức nghiêm túc cuối cùng đã
phủ lên các kết cấu gỗ tại nhà hát Munich (Đức) bằng hợp chất Silicat kiềm.
Năm 1821, Gay-Lussac theo yêu cầu của vua Louis XVIII (Pháp) đã nghiên


4
cứu và thử nghiệm rất nhiều phương pháp xử lý chống cháy cho gỗ, cuối cùng
đã chủ trương dùng ammonium phosphate và borax để xử lý chống cháy cho
gỗ hoặc các vật liệu khác có nguồn gốc từ Cellulose
Lịch sử nghiên cứu chống cháy của gỗ và sản phẩm gỗ bắt đầu từ năm
1907, muộn hơn so với nghiên cứu ván dăm. Lúc đó người ta cho MgO,
MgCl2, MgBr2 vào trong các loại ván, tương tự như ván amiăng bây giờ. Do
có thành phần halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và ngay lập tức được
các nhà sản xuất chấp nhận.[ 3 ]
Năm 1940, các công trình nghiên cứu của hãng “Bankroft” đã công bố
một số chất chống cháy vô cơ (chất chống cháy muối bazơ), các sáng chế của
Z.A Rogovin cùng các cộng tác viên đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ
(chất cloparaffin). Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ,
như: chất chống cháy nhóm Bo, hợp chất kim loại. Đến năm 1960.
S.M.Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy hệ
P-N, nhóm halozen. [3]
Vào những năm 1970 đến 1980, các nhà khoa học Liên Xô cũ đã tạo ra
chất chống cháy axít photphoric đa tụ. Chất này được tạo ra do các phản ứng

của urê, meelamin với axít photphoric (H3PO4). Chất chống cháy này được sử
dụng nhiều để xử lý các loại vải chống cháy, trong ván dăm, ván sợi.
Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P-N, chất chống
cháy ký hiệu (A-PP) có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1 được tạo ra. Nó là
một hợp chất dạng bột màu trắng, có khả năng chống cháy tốt, khả năng tan
trong nước 0.1 – 6%. Vào những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã
tạo ra loại keo U.D.PF; MDPF; H3PO4. PFAC; H3BO3. MFAC; H3PO4.
MFAC có khả năng chống cháy.[3]
Đến năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã dùng phương pháp
tẩm áp lực và tẩm bằng dòng cao tần. Cũng vào những năm này các nhà khoa


5
học Liên Xô cũ và Trung Quốc đã đưa ra phương pháp dán phủ lên ván nhân
tạo các màng chống cháy.
Wu jian Shen, Liu yan Jei ( 1991): đã nghiên cứu sử dụng
(NH4)2HPO4, H3BO3, Na2B4O7.10H2O, AL(OH)3… để biến tính và tăng khả
năng chậm cháy cho gỗ.
Haruhiko Yamaguchi và cộng sự (2003) nghiên cứu sử dụng hỗn hợp
axit silic và axit boric để tẩm vào gỗ và kết quả thử nghiêm đánh giá hiệu lực
phòng mối và khả năng chống cháy cho gỗ được đánh giá tốt [9].
Qingwen Wang, Jian Li, Jerrold E.Winady (2004), nghiên cứu về cơ
chế kháng cháy của hỗn hợp Boric – Borax. Hợp chất Boron là thành phần cơ
bản của rất nhiều chất chống cháy cho gỗ và các vật liệu nguồn gốc cellulose
khác. Muối Borax có tác dụng hạn chế sự cháy có ngọn nhưng lại có thể làm
tăng sự cháy âm ỷ hoặc cháy lan tỏa. Boric axit lại có tác dụng ngăn chặn sự
cháy lan tỏa nhưng chỉ có tác dụng nhỏ đối với việc hạn chế sự cháy có ngọn.
Chính vì vậy, sự kết hợp giữa borax và boric axit thường được sử dụng trong
các hợp chất chống cháy [ 26 ].
Bởi gỗ là vật liệu xốp-mao dẫn, dị hướng có khả năng hút và nhả ẩm từ

môi trường xung quanh dẫn tới sự thay đổi kích thước, hình dạng và các tính
chất cơ lý của gỗ làm ảnh hưởng đến thời gian sử dụng và độ bền của sản
phẩm. Với mục đích sử dụng gỗ và vật liệu gỗ một cách hiệu quả, một số
công trình nghiên cứu xử lý tăng tính ổn định kích thước cho gỗ bằng hợp
chất Silic và Boron đã được công bố.
Haruhiko Yamaguchi (1994) tiến hành bằng cách dùng dung dịch
SAMS để xử lý đối với gỗ Liễu sam Nhật bản, từ đó nâng cao tính ổn định
kích thước và cường độ cho gỗ [ 9 ].
Ergun Baysal, Mustafa Kemal Yalinkilic, Mustafa Altinok, Huseyin
Peker, Mehmet Colak (2005), xử lý wood polymer composite (WPC) bằng


6
hỗn hợp Boric-Borax nồng độ 1%, sau đó đánh giá tính chất vật lý, cơ học,
sinh học và khả năng chậm cháy của gỗ qua xử lý. Kết quả thu được cho thấy,
gỗ xử lý với hỗn hợp BB có khả năng chống 2 loại nấm Tyromycetes palustris
và Coriolus versicolor, đồng thời khả năng chống cháy của gỗ tăng. Tuy
nhiên, hệ số chống trương nở ASE, độ bền uỗn tĩnh, modun đàn hồi lại giảm
S.Nami kartal và cộng sự (2007), đã nghiên cứu xử lý gỗ bằng dung
dịch silicon dạng sữa để hạn chế mức độ rửa trôi của Boron trong gỗ tẩm. kết
quả nghiên cứu cho rằng khi hợp chất của Silic tẩm vào gỗ trong điều kiện xử
lý nhất định sẽ hình thành liên kết S-C và liên kết S-O các liên kết này bền
với nước tức là làm giảm khẳ năng hút ẩm của gỗ từ đó hạn chế mức độ rửa
trôi của Boron.[9]
S.Nami kartal và cộng sự (2008) tiếp tục nghiên cứu kỹ thuật xử lý gỗ
bằng các hợp chất Silic và Boron với 2 cách thức đó là xử lý đơn và xử lý
kép, các mẫu xử lý qua Sylan cho thấy hàm lượng Bo bị rửa trôi có thể giảm
40% so với mẫu chỉ xử lý đơn bằng axit boric [9]
S.Nami Katal, Tsuyoshi Yoshimurab and Yuji Imamurab (2008) đã sử
dụng thành phần Silic kết hợp với Boron để xử lý biến tính gỗ. Kết quả

nghiên cứu đã khẳng định: khi dùng hỗn hợp Silic kết hợp với Boron để xử lý
biến tính gỗ đã làm tăng khả năng chống mối, mọt; khả năng chống nấm môc
và tăng độ bền tự nhiên của gỗ.[ 9 ]
Zeki Candan, Nadir Ayrilmis, Turgay Akbulut, nghiên cứu về khả năng
ổn định kích thước của ván định hướng (OSB) khi xử lý chậm cháy. Ván OSB
được sản xuất từ gỗ Sồi, xử lý chậm cháy bằng các loại hợp chất
Diammonium phosphate (DAM), Monoammonium phosphate (MAP), hỗn
hợp Boric-Borax (1:1), Lime Water. Khả năng ổn định kích thước của ván sau
xử lý kiểm tra qua việc đánh giá tỉ lệ giãn dài (LE), tỉ lệ trương nở chiều dày
(TS). Xử lý bằng hỗn hợp Boric-Borax dẫn đến tỉ lệ giãn dài ván tăng, tỉ lệ


7
trương nở chiều dày nhỏ hơn mẫu không xử lý nhưng lại cao hơn mẫu xử lý
bằng DMP, MAP.[26]
Sơ lược lịch sử nghiên cứu của nước ngoài về xử lý gỗ nâng cao khả
năng chống cháy và ổn định kích thước của các hợp chất Silic và Boron cho
thấy các hợp chất Boron đã được sử dụng là thành phần của một số chất
chống cháy được sử dụng nhiều trong thực tiễn. Bên cạnh đó các hợp chất
Boron vừa có tác dụng phòng chống sinh vật gây hại lâm sản nên đã được
dùng để xử lý bảo quản gỗ. Song gỗ tẩm bằng các hợp chất Boron lại có xu
hướng hút ẩm cao hơn đồng thời gỗ tẩm dễ bị rửa trôi nếu sử dụng ngoài trời.
Các nghiên cứu xử lý gỗ bằng các hợp chất của Silic kết hợp với Boron cho
thấy hiệu quả chống ẩm tăng lên, hạn chế khả năng trao đổi ẩm của gỗ tẩm,
giảm thiểu Boron bị rửa trôi và đồng thời làm cho gỗ ổn định kích thước tốt
cho gỗ .
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Rừng trồng nước ta đang được chú trọng phát triển nhằm mục đích bảo
vệ môi trường sinh thái, cung cấp nguyên vật liệu gỗ cho nhu cầu sử dụng của
xã hội. Vì cây gỗ rừng trồng sinh trưởng phát triển nhanh, nên gỗ thường có

độ bền tự nhiên kém dễ bị các tác nhân từ bên ngoài làm ánh hưởng và giảm
chất lượng gỗ và các tính chất. Từ đó, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu và đưa
ra những biện pháp cải thiện chất lượng gỗ rừng trồng.
Quá trình cháy của gỗ được giới thiệu trong các công trình của các nhà
khoa học GS. TS Hà Chu Chử, PGS. TS Hoàng Thúc Đệ, TS Nguyễn Cảnh
Mão.
Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã đề xuất một số loại thuốc bảo
quản là hỗn hợp của các hóa chất vô cơ gồm muối kẽm, muối Flo, muối đồng,
boron,... với các tên thương mại như LN1, LN2, LN3, LN5, XM5, CHg các loại


8
thuốc trên có khả năng cố định trong gỗ tẩm khó bị rửa trôi. Đây là các loại
thuốc bảo quản gỗ phòng chống sinh vật gây hại.[ 20 ]
Loại thuốc chống cháy với tên thương phẩm là PCC đã được Viện
Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam nghiên cứu và đăng ký sử dụng. Thành phần
của thuốc PCC gồm:
(NH4)2SO4 - 92% và NaF - 8%
Gần đây đã có một số công trình nghiên cứu chống cháy cho gỗ và các
sản phẩm gỗ rừng trồng. Các đề tài tiêu biểu như luận án tiến sỹ Trần Văn
Chứ (2001) “ Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy” tác giả đã đề xuất một số
đơn pha chế hỗn hợp chống cháy từ một số hợp chất vô cơ có tác dụng che
phủ [ 3 ].
Khi nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy, tác giả Trần Văn Chứ (2001) đã
xác định được công thức để tạo 03 chế phẩm chống cháy phù hợp để tạo ván
dăm chậm cháy dùng cho sản xuất đồ mộc và xây dựng cơ bản.
Chế phẩm 1: H3BO3

50%

Na2B4O7.10H2O 50%
Chế phẩm 2: Na2HPO4. 12H2O55%
(NH4)2HPO4

10%

Chế phẩm 3: Amoniphotpho được tạo thành từ phản ứng giữa H3PO3 và
urê (NH2)2CO.
Trần Quang Khải (2001), Đánh giá sự ảnh hưởng của các tỷ lệ chất
chống cháy đến chỉ tiêu chất lượng trang sức và tính chất vật lý cơ học của
ván dăm khi sơn P-U lên bề mặt ván dăm được xử lý chậm cháy bằng H3BO3
và Na2B4O7.10H2O.[9]
Nguyễn Phú Vang (1999), đã xác định được mực độ ảnh hưởng của tỉ
lệ thuốc bảo quản hỗn hợp Boric-Borax đến một số tính chất cơ vật lý của


9

dăm tre phế liệu, khi thay đổi tỉ lệ thuốc bảo quản thì độ trương nở của ván
tăng lên, cường độ uốn tĩnh và độ bền kéo vuông góc giảm.
Tống Thị Phượng (2003), nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ và nồng độ
thuốc bảo quản BB đến một số tính chất cơ, vật lý chủ yếu của Luồng. Đề tài
đã xác định được ảnh hưởng của hỗn hợp thuốc bảo quản BB ( Boric +
Borax) đến tích chất cơ lý của Luồng như sau: mẫu được xử lý bảo quản có tỉ
lệ co rút, giãn nở cao hơn mẫu không xử lý, khi nồng độ thuốc tăng thì tỉ lệ
co rút, giãn nở tăng và thuốc bảo quản cũng ảnh hưởng đến độ bền cơ học của
Luồng, nồng độ thuốc tăng thì độ bền cơ học giảm
Lê Thị Thu Hằng (2003), đã xác định được độ sâu thấm thuốc BB của
gỗ Bạch đàn trắng có tỷ lệ thuận với nồng độ thuốc, thời gian ủ thuốc BB khi
nghiên cứu sự ảnh hưởng thời gian ủ nồng độ thuốc BB đến chiều sâu thấm

thuốc đối với gỗ Bạch đàn trắng bằng phươgn pháp khuếch tán.
Nguyễn Minh Ngọc (2003), Đánh giá sự ảnh hưởng của một số đơn pha
chế chống cháy đến chất lượng trang sức dán phủ ván lạng gỗ lên ván dăm.
Tác giả Nguyễn Thị Hương Giang (2004) Nghiên cứu ảnh hưởng của
nồng độ và thời gian tẩm hoá chất B - B đến độ bền và khả năng chống cháy
của ván LVL và Vũ Thị Hương Giang (2004), nghiên cứu ảnh hưởng của
nồng độ và thời gian tẩm hóa chất BB đến lượng thuốc, độ bền và khả năng
chống cháy LVL. Qua kết quả nghiên cứu đã kết luận ván LVL xử lý BB khả
năng chống cháy tăng lên, cường độ kéo trượt màng keo giảm, tỉ lệ trương nở
chiều dày ván tăng, khả năng hút nước của ván tăng.
Ngô Quang Nam (2004), đánh giá khả năng chống cháy của gỗ khi
ngâm tẩm gỗ với hỗn hợp BB theo phương pháp ngâm tẩm áp lực, nhiệt độ


10

tẩm và thời gian tẩm thay đổi, đưa ra được kết luận hỗn hợp BB tỉ lệ 1:1,
nồng độ 10% có khả năng làm chậm cháy cho gỗ tăng.
Sơ lược lịch sử nghiên cứu trong nước về xử lý nâng cao chất lượng
bằng hợp chất của Silic và Boron cho thấy có nhiều công trình nghiên cứu sử
dụng các hợp chất Boron để bảo quản gỗ phòng chống sinh vật gây hại và
phòng chống cháy cho gỗ và các sản phẩm gỗ. Chưa có công trình nào nghiên
cứu sử dụng hợp chất của Silic để xử lý gỗ. Hướng nghiên xử lý gỗ kết hợp
giữa Silic và Boron vô cơ được tiến hành nghiên cứu trên thế giới trong thời
gian gần đây và bắt đầu được nghiên cứu ở việt Nam.
1.1.3. Tính cấp thiết vấn đề cần nghiên cứu
Các sản phẩm từ gỗ ngày càng được con người sử dụng gia tăng về số
lượng và chất lượng theo đà tiến bộ của xã hội. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng,
chúng ta đã chuyển hướng sử dụng từ gỗ rừng tự nhiên sang sản phẩm gỗ
rừng trồng

Gỗ rừng trồng là một loại nguyên liệu có khối lượng thể tích thấp, độ
bền tự nhiên kém chính vì thế mà công tác nghiên cứu đang được triển khai
rộng rãi ở nhiều nước nhằm nâng cao độ bền gỗ trước các yếu tố tác động xấu
từ môi trường bên ngoài tới chất lương gỗ. Những nhược điểm chủ yếu của gỗ
là nó có tính hút ẩm, tính không ổn định về kích thước, tính dị hướng, dễ bị
mục, dễ cháy, màu sắc không đồng đều, cường độ không cao, dễ bị sinh vật
gây hại. Mục đích của biến tính gỗ là xử lý gỗ bằng các tác nhân hóa học, vật
lý, sinh học để làm cho những ưu điểm của gỗ tăng lên, đồng thời làm giảm
thiểu những nhược điểm của nó ở những mức độ khác nhau.
Với mục đích đưa các chất hữu cơ, vô cơ vào trong gỗ làm cho gỗ có
khẳ năng ổn định kích thước và chậm cháy, nâng cao các phẩm chất hệ số cho


11

gỗ. Từ vấn đề đó, việc nghiên cứu đưa chất vô cơ vào trong gỗ làm tăng chất
lượng gỗ và chống rửa trôi các chất đã tẩm vào trong gỗ là bài toán khó và
mới chỉ có một số nghiên cứu bước đầu.
Trên thế giới trong một khoảng thập kỷ trở lại đây nhiều nhà nghiên
cứu bảo quản gỗ trên thế giới đã có một số cách tiếp cận rất mới và đạt được
nhiều thành tựu to lớn. Một trong những cách tiếp cận đó là dùng các hợp chất
gia cường cho thành tế bào gỗ nhất là silicon và silan cho thấy gỗ sau khi xử
lý đã cải thiện được rất nhiều về độ bền tự nhiên và độ ổn định kích thước, ưu
điểm của các hợp chất này là có thể sản xuất với số lượng lớn.
Từ đó việc nghiên cứu xử lý gỗ rừng trồng bằng hợp chất vô cơ như
silic và boron được tiến hành để góp phần đưa ra những giải pháp tốt nhất
đem lại hiệu quả trong quá trình sử dụng gỗ của con người trong thời kỳ tài
nguyên thiên nhiên dần cạn kiệt.
1.2. Khái niệm biến tính gỗ
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 sử dụng. Bản thân gỗ biến tính nên
không độc và không tạo ra các chất độc trong qua trình sử dụng, hơn thế nữa
các sản phẩm tái chế từ gỗ biến tính và phế thải của gỗ biến tính cũng không
gây độc hại với con người và môi trường [36]
Biến tính gỗ là quá trình làm cho cấu trúc phân tử của vách tế bào thay đổi
nhóm hidroxy trong gỗ, hydroxy đóng vai trò quan trọng việc phân hủy và hút
nước. Đặc tính của gỗ bị thay đổi do nhóm hydroxyl thay đổi. Biến tính gỗ


12

nhằm nâng cao sự vững chắc của vách tế bào làm cho quá trình hút ẩm, hút
nước trở nên khó khăn làm cho gỗ ít biến dạng.
Do lượng ẩm bên trong vách tế bào gỗ có thể là tăng hay giảm, từ đó
làm cho gỗ phát sinh trương nở hoặc co rút. Vì thế mà kích thước của gỗ
thường không ổn định, có thể bị cong vênh, nứt, biến hình,...
Biến tính vật liệu gỗ có thể theo các hướng sau:
Công nghệ biến tính gỗ bao hàm rất nhiều các hoạt động chuyên ngành
khác nhau nhằm đạt được mục tiêu làm thay đổi, giữ nguyên hoặc nâng cao
các thuộc tính vốn có của gỗ. Mỗi một mục tiêu đặt ra cũng có thể coi là một
hình thức xử lí biến tính gỗ. Cho đến nay có thể liệt kê một số hình thức xử lí
biến tính như sau:
- Xử lí chống biến màu cho gỗ
- Xử lí ổn định kích thước cho gỗ
- Xử lí nâng cao độ bền cơ học cho gỗ
- Xử lí hóa mềm gỗ
- Xử lí bảo quản cho gỗ (nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ)
- Xử lí loại nhựa trong gỗ

- Xử lí chậm cháy cho gỗ và sản phẩm gỗ
- Xử lí chống lão hóa cho gỗ
- Nhựa hóa gỗ (polimer hóa gỗ)
- Tạo vật liệu gỗ plastic (Wood plastic composite-WPC)
Tương ứng với mỗi hình thức xử lí hoặc mỗi sản phẩm biến tính nêu
trên sẽ là sự kết hợp của hai hoặc nhiều giải pháp về vật lí, cơ học, nhiệt hoặc
hóa học khác nhau nhằm tạo ra các sản phẩm đáp ứng yêu cầu nhất định trong
sản xuất và tiêu dùng.


13

Biến tính gỗ có rất nhiều phương pháp. trong những năm gần đây ở các
nước phát triển như: Mỹ, Nhật, Nga, Phần lan, đang sử dụng các phương
pháp biến tính như sau: Nhiệt cơ, hóa cơ, nhiệt hóa, bức xạ - hóa học. Biến
tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: Nén chặt và không nén chặt. Một số loại
hình biến tính; ngâm tẩm, gỗ tăng tỷ trọng, polymer hóa.
1.3. Biến tính gỗ bằng hợp chất vô cơ
Hiện nay các công trình biến tính gỗ bằng các hợp chất vô cơ đang
được các nhà khoa học nghiên cứu để góp phần vào quá trính xây dựng tìm ra
các giải pháp tối ưu hiệu quả đem lại chất lượng khi sử dụng mà không tốn
nhiều về tài chính
Thông thường các hợp chất hữu cơ khi được tẩm vào trong gỗ thì quá
trình phản ứng diễn ra nhanh hơn và dễ đạt hiệu quả hơn, nay khi thay thế các
hợp chất hữu cơ bằng hợp chất vô cơ là bài toán đang được nghiên cứu.
Biến tính gỗ bằng hợp chất vô cơ là một dạng của biến tính gỗ nhưng
các nhóm hydroxyl không được thay thế bằng các nhóm chức của hợp chất
hữu cơ mà thay vào bằng các gốc vô cơ hoặc tách gốc hydroxyl và điền đầy
vào thành tế bào là các hợp chất vô cơ.

14

Chương 2
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu tổng quát
Đề xuất được giải pháp xử lý gỗ bằng hợp chất hóa học góp phần nâng
cao khả năng sử dụng, đa dạng hóa loại hình sản phẩm từ gỗ mọc nhanh rừng
trồng.
2.1.2 Mục tiêu cụ thể
Xác định được hiệu quả của một số hợp chất Silic và Boron có khả
năng nâng cao độ bền ổn định kích thước và chống cháy cho gỗ keo lai.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu:
- Gỗ Keo lai (Acacia mangium x A.auriculiformis) 9 tuổi, khai thác tại
Ba Vì .
- Các hóa chất: H3BO3, Na2B4O7.10H2O, Al2(SO4)3, CaCl2, BaCl2,
Na2SiO3.9H2O, tetra-ethoxy silane, polyethylene glycol...
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Xác định độ ổn định kích thước và khả năng chống cháy cho gỗ Keo lai
của một số công thức trên cơ sở hợp chất Silic và Boron. Gỗ keo lai được tẩm
hợp chất Silic – Boron theo phương pháp chân không áp lực trong điều kiện
phòng thí nghiệm.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Tuyển chọn hợp chất silic và boron có khả năng nâng cao độ độ ổn
định kích thước gỗ và chống cháy cho gỗ.
- Kiểm tra khả năng ổn định kích thước của gỗ sau xử lý.
- Kiểm tra khả năng chống cháy gỗ Keo lai sau xử lý.

15
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Chuẩn bị mẫu thử và dụng cụ thí nghiệm

- Kích mẫu ổn định kích thước: 20x20x30 (mm) theo tiêu chuẩn TCVN
356-70 nay là TCVN 8048-13:2009, TCVN 8048-14:2009.
- Kích thước mẫu chống cháy: 16x35x150 (mm) mô phỏng theo tiêu
chuẩn ASTM-E69-50[ 3 ]

Hình 2.1. Mẫu chống cháy

Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
- Tủ sấy (có thể điều chỉnh nhiệt độ)

Hình 2.2 . Tủ sấy mẫu