Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thủy nhiệt đến khả năng dán dính của gỗ keo lá tràm (acacia auriculiformic)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN VĂN BỐN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THỦY –
NHIỆT ĐẾN KHẢ NĂNG DÁN DÍNH CỦA GỖ KEO LÁ TRÀM
(Acacia auriculiformis)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN VĂN BỐN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THỦY –
NHIỆT ĐẾN KHẢ NĂNG DÁN DÍNH CỦA GỖ KEO LÁ TRÀM
(Acacia auriculiformis)

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:
PGS.TS.PHẠM VĂN CHƯƠNG

Hà Nội - 2011


i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô giáo
và cán bộ của khoa Sau đại học, khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm Nghiên
cứu, thực nghiệm và chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng, Trung tâm thí
nghiệm khoa Chế biến lâm sản, Thư viện trường Đại học Lâm Nghiệp đã tận
tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật
máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy khóa 2009-2011 tôi xin bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Văn Chương đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành
tốt bản luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp đã luôn giành sự động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt bản luận
văn này.
Tôi xin cam đoan số liệu thu thập, kết quả xử lý tính toán là trung thực
và được trích dẫn rõ ràng
Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2011
Tác giả

Nguyễn Văn Bốn


ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
Mục lục .............................................................................................................. ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................ iv
Danh mục các bảng ........................................................................................... v
Danh mục các hình ........................................................................................... vi
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..............................................2

1.1. Khái niệm biến tính gỗ ........................................................................... 2
1.1.1. Khái niệm biến tính thuỷ - nhiệt [23],[24],[26] ............................ 3
1.2. Tình hình nghiên cứu biến tính gỗ ......................................................... 4
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................... 4
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................. 12
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................................16

2.1. Mục tiêu tổng quát ............................................................................... 16
Nâng cao hiệu qủa sử dụng gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) bằng
phương pháp xử lý thuỷ nhiệt. .................................................................... 16
2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 16
2.3.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 16
2.3.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 16
2.4. Nô ̣i dung nghiên cứu ............................................................................ 17

2.5. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 17
2.5.1. Phương pháp lý thuyết .................................................................. 17
2.5.2. Phương pháp thực nghiệm ............................................................ 17
2.6. Phương pháp xử lý số liệu.................................................................... 19
2.7. Ý nghĩa của luận văn ............................................................................ 21
2.7.1. Ý nghĩa khoa học ........................................................................... 21


iii
2.7.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................... 21
Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................22

3.1. Khái lược về biến tính gỗ ..................................................................... 22
3.2. Lý thuyết về biến tính thủy - nhiệt ....................................................... 29
3.2.1. Cơ chế của biến tính thủy nhiệt ................................................... 32
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính thuỷ - nhiệt .. 33
3.3. Lý thuyết về dán dính gỗ [3], [4], [13], [23], [35] ............................... 36
3.3.1. Lý thuyết cơ bản ............................................................................ 36
3.3.2. Ảnh hưởng của keo dán đến chất lượng sản phẩm ....................... 43
3.4. Nguyên liệu .......................................................................................... 47
3.4.1. Đặc điểm của gỗ Keo lá tràm ....................................................... 47
3.4.2. Một số tính chất chủ yếu ............................................................... 49
3.4.3. Keo thí nghiệm (do hãng Dynea Việt Nam Co., Ltd cung cấp). ... 50
3.5. Thực nghiệm ........................................................................................ 54
3.5.1. Chuẩn bị nguyên liệu .................................................................... 54
3.5.2. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị ............................................................. 54
3.5.3. Quy trình thí nghiệm ..................................................................... 56
3.5.4. Phương pháp xác định khả năng dán dính của gỗ ....................... 57
3.6. Đặc điểm của gỗ Keo lá tràm .......................................................... 59
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................62

4.1. Khả năng dán dính của gỗ Keo lá tràm chưa xử lý thuỷ - nhiệt .......... 62
4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ - nhiệt đến khả năng
dán dính của gỗ Keo lá tràm ....................................................................... 62
4.2.1. Độ bền kéo trượt màng keo ........................................................... 62
4.2.2. Độ bong tách màng keo ................................................................ 66
4.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu ................................................................ 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
ĐBT

Tên gọi

Đơn vị

Độ bong tách màng keo

%

ms

Khối lượng mẫu sau khi ngâm

g

mo

Khối lượng mẫu khô kiệt

g

k

Độ bền kéo trượt màng keo

t

Thời gian

T

Nhiệt độ



Khối lượng thể tích

MPa
h
0

C

g/cm3


v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

TT

Trang

2.1

Chế độ xử lý thuỷ nhiệt cho gỗ Keo lá tràm

17

3.1

Một số tính chất hoá học của gỗ Keo lá tràm

49

3.2

Một số tính chất vật lý của gỗ Keo lá tràm

49

3.3

Một số tính chất cơ học của gỗ Keo lá tràm

50

3.4

Thông số kỹ thuật của keo Prefere TM 6127

51

3.5

Công nghệ dán ép Prefere TM 6127

52

3.6

Thông số kỹ thuật của keo Prefere TM 6322

53

3.7

Công nghệ dán ép keo Prefere TM 6322

53

3.8

Thông số chủ yếu của cây lấy mẫu

54

3.9

Các chế độ xử lý thuỷ nhiệt

56

3.10

Kích thước mẫu xác định khả năng dán dính

57

3.11

Một số tính chất hoá học của gỗ Keo lá tràm

61

4.1

Khả năng dán dính của gỗ Keo lá Tràm

62

4.2

Kết quả xác định độ bền keo trượt màng keo, MPa

63

4.3

4.4

4.5

Kết quả xác định độ bền keo trượt màng keo, MPa ( đối với

64

keo Prefere TM 6322)
Kết quả xác định độ bong tách màng keo, % (đối với keo

66

Prefere TM 6127)
Kết quả xác định độ bong tách màng keo, %(đối với keo
Prefere TM 6322)

68


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1

Sự thay đổi trong tế bào gỗ do biến tính

2

3.1

Hợp chất cao phân tử cellulose dưới dạng 3D

23

3.2

Phân tử cellulose

23

3.3

Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose

24

3.4

Liên kết hydro giữa các phân tử khi cellulose trương nở
trong nước

25

3.5

Sợi hemicellulose trong vách tế bào gỗ

26

3.6

Vị trí của lignin trong vách tế bào gỗ

27

3.7

Liên kết cơ học

37

3.8

Liên kết vật lý

38

3.9

Liên kết hóa học

38

3.10

Lý thuyết khuếch tán

41

3.11

Lý thuyết tĩnh điện

42

3.12

Thiết bị xử lý thuỷ nhiệt

55

3.13

3.14

4.1

4.2

4.3

Biểu đồ ép mẫu bong tách và kéo trượt màng keo với keo
Prefere TM 6127
Biểu đồ ép mẫu bong tách và kéo trượt màng keo với keo
Prefere TM 6322
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền kéo trượt màng
keo (Dạng cột) của keo Prefere TM 6127
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền kéo trượt màng
keo (Dạng đường) của keo Prefere TM 6127
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền kéo trượt
màng keo (Dạng cột) của keo Prefere TM 6322

58

59

63

64

65


vii

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền kéo trượt màng
keo (Dạng đường) của Keo Prefere TM 6322
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bong tách màng
keo (Dạng cột) của keo Prefere TM 6127
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bong tách màng
keo (Dạng đường) của keo Prefere TM 6127
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bong tách màng
keo (Dạng cột) của Keo Prefere TM 6322
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bong tách màng
keo (Dạng đường) của Keo Prefere TM 6322

67

67

68

69

1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Do những quan ngại về môi trường, việc ứng dụng công nghệ xử lý thủy
nhiệt trong việc làm biến đổi các thuộc tính của gỗ đã trở nên ngày càng phổ
biến trong những năm gần đây bởi vì công nghệ xử lý này có thể tạo ra một “vật
liệu mới” mà không cần sử dụng thêm bất kỳ một loại hóa chất độc hại nào.
Gỗ là một loại vật liệu đặc biệt, được xử dụng hầu hết trong lĩnh vực của
cuộc sống. Gỗ có nhiều ưu điểm như khả năng gia công, vân thớ đẹp, được sử
dụng nhiều trong kiến trúc..., tuy vậy gỗ cũng có những hạn chế về khả năng
chống mối mọt. Để khắc phục những nhược điểm trên đây trong gia công chế
biến thông thường được áp các biện pháp kỹ thuật bảo quản, biến tính nhằm
nâng cao khả năng sử dụng gỗ.
Trong công nghiệp chế biến gỗ có rất nhiều phương pháp trong đó có
phương pháp xử lý thủy nhiệt ở phương pháp này có rấ t nhiề u các ưu điể m
trong đó có ưu điể m nổ i bâ ̣t là không sử du ̣ng hóa chấ t nên có tính bảo vê ̣ môi
trường rất cao, phù hơ ̣p với xu thế sử du ̣ng vâ ̣t liêụ “xanh” hiện nay trên thế
giới cũng như Viêṭ Nam.
Phương pháp biế n tiń h này mới chỉ đươ ̣c nghiên cứu và phát triể n ở
nước ngoài, còn ở Viê ̣t Nam hiê ̣n nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu
theo hướng biến tính này.
Vì vậy được sự đồng ý của khoa Sau đại học trường Đại học Lâm
nghiệp, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Văn Chương tôi tiến
hành làm luận văn:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thuỷ - nhiệt đến khả năng
dán dính của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis)”


2
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái niệm biến tính gỗ
Thông qua một loạt các biện pháp xử lý hóa – lý để làm cho những ưu
điểm của gỗ tăng lên, đồng thời làm cải tiến những nhược điểm của nó ở
những mức độ khác nhau. Chúng ta gọi các biện pháp xử lý nhằm cải tiến tính
năng của gỗ là 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” [25].
Biến tính gỗ là quá trình tác động đến cấu trúc tế bào gỗ như được mô tả
ở hình 1.1.

Hình 1.1. Sự thay đổi trong tế bào gỗ do biến tính


3
A: Cấu trúc gỗ từ thô đại đến hiển vi và siêu hiển vi
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 cellulose (liên kết một phía),
(B4) hoá chất tạo cầu nối với các chuỗi cellulose (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 được chia thành: biến tính hoá học (chemical
modification), biến tính bằng ngâm tẩm (impregnation modification) và biến
tính ở nhiệt độ cao (heat treatment hoặc hydrothermal treatment).
1.1.1. Khái niệm biến tính thuỷ - nhiệt [23],[24],[26]

Biến tính 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 dưới tác dụng của nhiệt độ cao
khi xử lý gỗ ở trong môi trường nước, sau đó được gia nhiệt bằng phương
pháp sấy.
Nhiệt độ của môi trường trong biến tính thuỷ - nhiệt cho gỗ dao động từ
100°C đến 200°C. Ở nhiệt độ thấp hơn 100°C, tính chất vật liệu gỗ thay đổi
không đáng kể, nhưng nếu nhiệt độ lớn hơn 200°C, gỗ sẽ bị phá huỷ nghiêm
trọng, đặc biệt là cường độ của gỗ. Các quá trình biến tính thuỷ - nhiệt hiện
nay giới hạn nhiệt độ biến tính không vượt quá 200°C và phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố như:
- Thời gian và nhiệt độ của quá trình xử lý
- Loại gỗ
- Độ ẩm của gỗ trước khi xử lý
- Kích thước của mẫu gỗ được xử lý
Xử lý thuỷ - nhiệt dẫn đến thay đổi trong thành phần cấu trúc vách tế bào
của gỗ. Thành phần hoá học của gỗ bị thay đổi nhiều nhất dưới ảnh hưởng của


4
nhiệt độ cao là hemicellulose, các chất chiết xuất bị hoà tan trong dung môi,
dẫn đến sự hình thành các sản phẩm như methanol, acetic acid,.... Sự phá huỷ
của thành phần hemicellulose gia tăng với sự tăng của nhiệt độ và thời gian
của quá trình biến tính thuỷ - nhiệt. Nhìn chung, sự phá huỷ của cellulose xảy
ra ở nhiệt độ cao hơn so với hemicellulose, chỉ một tỷ lệ nhỏ của cellulose bị
phá huỷ ở nhiệt độ thấp như hemicellulose. Những vùng không định hình của
cellulose dễ bị phá huỷ vì nhiệt hơn (những vùng định hình) và bộc lộ tính
chất tương tự như thành phần hexose của hemicellulose. Do sự mất mát của
các thành phần polysaccharide (cellulose và hemicellulose) dưới ảnh hưởng
của nhiệt độ cao, hàm lượng lignin trong gỗ tăng lên. Lignin được xác định là
thành phần ổn định vì nhiệt nhất của vách tế bào, tuy nhiên một phần nhỏ của

lignin cũng bị phá huỷ ở nhiệt độ tương đối thấp tạo ra các sản phẩm
phenolic.
Quá trình biến tính thuỷ - nhiệt làm thay đổi thành phần hoá học của cấu
trúc vách tế bào, đem đến một loạt thay đổi các tính chất của gỗ:
- Tăng tính ổn định kích thước, giảm khả năng hút ẩm và hút nước
- Độ cứng tăng
- Cải thiện độ bền sinh học
- Giảm cường độ và modul uốn tĩnh,
- Màu sắc của gỗ bị sẫm lại
- Công nghệ sạch, thân thiện với môi trường
1.2. Tình hình nghiên cứu biến tính gỗ
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Gỗ là vật liệu xốp, rỗng, mao dẫn, dị hướng có khả năng trao đổi ẩm với
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 chất lượng và độ bền của sản phẩm. Đây
là nhược điểm chính của gỗ. Vì thế một trong những xu hướng chủ yếu trong


5
việc nâng cao chất lượng gỗ đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới
quan tâm là biến tính gỗ.
Biế n tính gỗ là thông qua một loạt các biện pháp xử lý hóa – lý để làm
cho những ưu điểm của gỗ tăng lên, đồng thời làm cải tiến những nhược điểm
của nó ở những mức độ khác nhau.
- Trong phạm vi ngành công nghiệp chế biến gỗ, biến tính gỗ bao gồm
những nội dung chủ yếu như sau:
 Xử lý màu cho gỗ;
 Xử lý ổn định kích thước;
 Xử lý hóa mềm;
 Xử lý tăng cường độ;

 wood- plastic composite (WPC);
 Nhựa hóa gỗ (polymer hóa gỗ);
 Xử lý loại nhựa cho gỗ;
Xử lý chống mục:
 Xử lý chậm cháy;
 Xử lý chống lão hóa.v.v
Một trong những hướng phát triển mới của biến tính gỗ là biến tính
thủy nhiệt. Đây là một phương pháp có rất nều ưu điểm so với các phương
pháp biến tính đã có như:
- Không dùng hóa chất nên có tính bảo vệ môi trường
-

Tương đối đơn giản, dễ tiến hành

- Thiết bị không phức tạp
- Thời gian nhanh,....
Các công trình nghiên cứu gỗ biến tính đã được thực hiện từ khá lâu. Sản
phẩm gỗ biến tính có nhiều tính chất được cải thiện so với gỗ nguyên.
Biến tính gỗ với melamine formaldehyde nâng cao khả năng chịu nước,
chịu ẩm và tính ổn định kích thước, cường độ cơ học của gỗ cũng được cải


6
thiện đáng kể. Gỗ Sugi biến tính với dung dịch melamine formaldehyde có
trọng lượng phân tử thấp, với hàm lượng rắn 25% đã đạt đến độ trương nở
vách tế bào (BE) 5% và độ ổn định kích thước (ASE) 42%, những trị số này
không bị giảm đáng kể qua các chu kỳ sấy khô, ngâm nước của mẫu gỗ biến
tính; đồng thời cường độ uốn MOR và MOE của gỗ biến tính cũng tăng lần
lượt 18% và 10% so với gỗ đối chứng [27].
Ngoài ra, gỗ biến tính với melamine formaldehyde có khả năng làm giảm

sự phá huỷ của các loại nấm mục và nấm biến màu, cũng như tăng khả năng
chống chịu các điều kiện môi trường [28]. Gỗ European larch được ngâm tẩm
với dung dịch melamine formaldehyde ở hàm lượng rắn thấp (7.5%) cũng
đem đến hiệu quả chống nấm mục nâu và nấm mục trắng đáng kể [31].
Biến tính gỗ bằng phương pháp axetyl hoá, axetyl hoá là quá trình gỗ
chịu tác động của dung dịch anhydrit axetic, khi đó phần lớn các nhóm
hydroxyl OH của các thành phần tạo nên vách tế bào (cellulose,
hemicellulose, lignin) được thay thế bởi nhóm axetyl có tính kỵ nước
(hydrophobic) CH3COO- [5].
Tại Thụy Điển đã tiến hành nghiên cứu thành công công nghệ axetyl hoá
sợi gỗ để sản xuất ván sợi có tính chống ẩm và nấm mốc. Năng suất khoảng
4000 tấn sợi gỗ được axetyl hoá trong một năm. Đây là kết quả nghiên cứu
của nhiều viện nghiên cứu, trường Đại học nghiên cứu về biến tính gỗ:
Chalmers University ở Goteborg, Sweden và USA, Phòng thí nghiệm Lâm
sản ở Madison, Wisconsin (Rowell và cộng sự, 1986) hợp tác với British
Petroleum ở Hull, UK [5].
Stamm, Seborg (1955) và Stamm (1964) đã thành công khi cho thực hiện
phản ứng giữa nhóm hydroxyl với anydric axetic và pyridin ở dạng khí.
Pyridin hoạt động như một chất gây trương 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


7
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
thước 5 x12 x120 cm trong thời gian từ 8-16 h, mức độ axetyl hoá đạt 20-22%
và hệ số chống dãn nở đạt đến 80%.
M. V. Grinberg, D. V. Okonov (Látvia) đã nghiên cứu ổn định kích
thước gỗ Bạch dương bằng anhyđrit axetic kết hợp với xử lý nhiệt. Kết quả
cho thấy độ dãn dài của gỗ Bạch dương sau khi được xử lý ở nhiệt độ 170 0C

trong 6 giờ và axetyl hoá trong 6 giờ giảm 3,3 lần so với gỗ không xử lý.
Biến tính gỗ bằng phương pháp xử lý nhiệt, ở nhiệt độ cao có thể làm
giảm đáng kể tính hút ẩm của gỗ, nguyên nhân chính là có sự thuỷ phân phần
ưa nước nhất của gỗ- hemicellulose làm giảm số lượng nhóm OH có trong gỗ
dẫn đến tính hút ẩm của gỗ nói chung giảm. Theo F. Kolmal và A. Sneider
tính hút ẩm của gỗ giảm đi khi nhiệt độ làm nóng gỗ 70 0C và lớn hơn. Hiệu
quả ổn định lớn nhất khi làm nóng gỗ ở 1800C và cao hơn trong 24 giờ. Tính
hút ẩm của gỗ được xử lý nhiệt có thể giảm 2 lần. Thế nhưng phương pháp
này chỉ áp dụng với mẫu gỗ mỏng, với gỗ có chiều dày lớn nó ít được áp dụng
do tác động của nhiệt độ cao trong thời gian dài làm giảm cường độ cơ học
của gỗ. Trong công nghệ chế biến gỗ xử lý nhiệt được áp dụng cho sản xuất
ván dăm, ván sợi chịu nước. Hiện nay xu hướng này cũng đang được phát
triển mạnh ở châu Âu, đặc biệt là ở Phần Lan, Pháp [1], [30].
Burmester và một số tác giả phát hiện: nguyên nhân chủ yếu nâng cao
tính ổn định kích thước của gỗ You là sau khi gia nhiệt hàm lượng
hemicellulose thuỷ phân giảm xuống. Với các loại gỗ khác qua gia nhiệt xử lý
thì hàm lượng hemicellulose của nó giảm xuống, tính hút ẩm và trương nở so
với gỗ You càng thấp [12].
Chow người Trung Quốc đã đem xử lý nhiệt ván mỏng gỗ Bạch vân sam
trong môi trường không khí, khi bề mặt có sự thay đổi màu sắc đồng thời phát
hiện số lượng gốc OH giảm đi, cellulose phát sinh phân giải, độ kết tinh giảm.


8
Theo Hiroshi Jnno (1993), kết quả sự tăng nhiệt độ sấy gỗ làm giảm tính
hút nước của các polysacharide, độ ổn định kích thước của gỗ tăng lên, song ở
mức độ cao của sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử trong gỗ sẽ làm giảm cường
độ gỗ, tính chống thấm, chống nước tăng lên, màu gỗ trở nên tối hơn, tuy
nhiên, nếu sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử gỗ là nhỏ và sự tạo thành cấu trúc
liên kết là trội hơn thì cơ tính của gỗ sẽ tăng lên [12].

Kết quả nghiên cứu của Hiroshi Jnno (1993), Misatonrimoto và Joeseph
Gril cho thấy xử lý gỗ ở 1800C từ 3 giờ - 10 giờ với áp suất thường làm cho
cường độ, và đặc biệt là mô đun đàn hồi của gỗ tăng nhẹ.
Theo kết quả nghiên cứu của Sergeeva và Miliutina (1960) cho thấy: Khi
xử lý nhiệt 200 – 2600C cho sợi cellulose - lignin thì độ trương nở và hút
nước của sợi giảm đi nhiều do sự biến đổi của lignin và mối liên kết lignin cellulose (các phân tử lignin sẽ bị kết tụ lại dưới tác động của nhiệt độ), đồng
thời khi ở nhiệt độ đó làm thành thứ cấp của tế bào bị phân đoạn nhiều, đó là
nguyên nhân làm giảm cường độ gỗ khi xử lý nhiệt độ từ 200 - 2600C.
Theo P.I. issinscôva, dưới tác động của nhiệt độ cao trên 1500C thì thành
phần pentose bị phân huỷ, nhiệt độ càng cao thì sự phân huỷ càng mạnh và
như vậy cường độ cơ học của gỗ càng giảm nhiều, dưới tác động của nhiệt độ
cao còn xảy ra hiện tượng lignocellulose, nhóm hydroxyl trở nên kém linh
động và ái lực của nó với nước yếu đi làm cho tính hút nước của gỗ giảm đi.
Behbood Mohebby và Ibrahim Sanaei (2005), nghiên cứu ảnh hưởng của
xử lý thuỷ - nhiệt đến tính chất vật lý của gỗ Sồi (Fagus orientalis). Mẫu gỗ
(20x20x20mm) được đặt trong một khoang thép không gỉ, chứa đầy nước.
Mẫu được xử lý ở nhiệt độ 1600C, 1800C và 2000C trong 4, 5 và 6 giờ. Mẫu
gỗ đã xử lý được ngâm trong nước 24 giờ, sau đó sấy khô, chu kỳ ngâm/sấy
được lặp đi lặp lại 7 lần. Kết quả cho thấy ASE, WRE tăng và khối lượng thể
tích bị giảm nhẹ [23].


9
Inga JUODEIKIENĖ (2009), đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của xử lý thủy
- nhiệt đến cường độ nén và uốn tĩnh của gỗ Thông. Các mẫu được xử lý ở 60,
80, 100 và 1200C với thời gian 24, 48, 72 và 96 giờ. Kết quả cường độ uốn
tĩnh của gỗ Thông được xử lý nhiệt giảm xuống so với gỗ ban đầu. Sau khi
làm nóng ở nhiệt độ 600C cường độ uốn tĩnh giảm từ 5,13% - 9,0% so với gỗ
chưa được xử lý. Đối với các mẫu xử lý ở nhiệt độ 800C với thời gian khác
nhau làm cho cường độ uốn giảm từ 5,88% - 10,03%. Sau khi làm nóng ở

nhiệt độ 1000C cường độ uốn giảm từ 5,73% - 12,52% và ở nhiệt độ 1200C
cường độ uốn giảm từ 11,46% đến 13,73%. Cường độ nén vuông góc với thớ
gỗ sau khi làm nóng ở 600C giảm khoảng 2,2% - 4,7%; ở 800C là 4,6% - 12,7
%; ở 1000C là 6,5% - 8,0% và tại 1200C giảm từ 2,5% - 10%. Sau khi làm
nóng ở 600C, 800C, 1000C và 1200C làm tăng cường độ nén dọc thớ gỗ tương
ứng 6% -14,5%; 8% - 18,3%; 0,1% - 11,7% và 2% - 7,4%. Những kết quả
này chỉ ra rằng nhiều thay đổi đáng kể đạt được trong quá trình làm nóng ở
nhiệt độ 600C và 800C với thời gian 96 giờ. Sự gia tăng cường độ nén dọc thớ
gỗ có thể được liên quan đến việc thay đổi kết cấu gỗ. Phá hủy hệ thống
hemicenlulose sớm hơn so với cellulose và lignin. Sự xuống cấp của
hemicellulose từ những chuỗi dài chuỗi thành những chuỗi ngắn hơn, có khả
năng chịu nén dọc thớ gỗ tốt hơn. Song cường độ uốn tĩnh và cường độ nén
vuông góc với thớ gỗ giảm [26].
Kamdem và cộng sự (2002), xử lý nhiệt tăng sức đề kháng sinh học của
gỗ chống nấm thối. Kamdem et al cho rằng, việc xử lý nhiệt của gỗ giảm
môđun đàn hồi (MOR) khoảng 10 - 50%. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi nhiệt độ
tăng và thời gian xử lý dài thì môđun đàn hồi trong gỗ Sồi giảm xuống.
Militz (2002), xử lý nhiệt cho gỗ nhằm nâng cao các tính chất khác nhau
của nó, chẳng hạn như chống thấm nước, ổn định kích thước, hệ số chống
trương nở (ASE), chống tia UV.


10
Yildiz et al (2002), nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số chống
trương nở (ASE) của gỗ Sồi. Chế độ xử lý ở nhiệt độ 1800C với các mức thời
gian là 2, 4 và 10 giờ sau đó thực hiện chu kỳ ngâm sấy. Kết quả thu được hệ
số ASE đặt khoảng 47,64%...
P.Rezayati Charani và cộng sự (2007) “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế
độ xử lý thuỷ nhiệt đến sự ổn định kích thước của gỗ sồi”. Mẫu gỗ được xử 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. Sau đó thực hiện chu kỳ ngâm/ sấy
mẫu 8 lần. Kết quả hệ số chống trương nở tăng và khối lượng thể tích giảm
cùng với tăng nhiệt độ tiếp xúc và thời gian, ASE cao nhất là 47,43% thu
được ở nhiệt độ 1700C thời gian 1 giờ, nhưng xử lý ở nhiệt độ 1700C ASE có
xu hướng giảm khi thời gian xử lý tăng. Hiệu suất chống hút nước (WRE) của
mẫu gỗ được xử lý ở 1600C, 1700C cao hơn nhiều so với 1500C trong thời
gian 1 giờ. Trong thời gian 3 giờ, 5 giờ, giá trị WRE ở 1500C lớn 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 được khi xử lý ở nhiệt độ 170 0C
trong thời gian 1 giờ [30].
Andreja KUTNAR , Milan ŠERNEK (2008), nghiên cứu ảnh hưởng của
chế độ xử lý thuỷ - nhiệt làm thay đổi màu sắc gỗ. Dưới 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 xử lý ở nhiệt độ cao hơn và thời gian xử lý lâu
hơn. Trong cây gỗ, ánh sáng được hấp thụ chủ yếu bởi lignin ở dưới 50nm và
các chiết xuất phenolic (tannins, flavanoids, stilbenes, quinines) trong
khi cellulose và hemicellulose không hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy.
Trong trường hợp xử lý thủy nhiệt , màu của gỗ trở nên tối hơn. Chắc chắn
rằng những thay đổi màu sắc là do sự mất mát nhỏ 2-4% khối lượng, nhưng
hiệu quả phụ thuộc vào thời gian xử lý và nhiệt độ. Trong xử lý nhiệt với


11
không khí, tỉ lệ giảm độ sáng lên tới 4% khối lượng, gỗ được xử lý thủy nhiệt
tối hơn 50% so với gỗ ban đầu. Màu sắc tối hơn được khẳng định bởi sự hình
thành của các loại giảm cấp có màu từ hemicellulose và những chiết suất
tham gia vào quá trình hình thành màu của gỗ được xử lý thủy nhiệt. Sự thay
đổi màu cũng liên quan đến sự hình thành của các sản phẩm oxy hóa như
quinines. Koch, PULS và BAUCH (2003) đã chỉ ra rằng những thay đổi trong
cấu trúc lignin ảnh hưởng đến màu sắc gỗ và có thể thấy được trong quá trình

xử lý nước nóng ở nhiệt độ cao hơn 80°C. Hơi nước có thể bắt đầu phân cắt
của khu phức hợp lignin-polysaccharide bằng việc giải phóng ra các axit hữu
cơ từ các hemicellulose. Mặt khác, giả định rằng một số các tương tác của các
thành phần gỗ trong tế bào dẫn đến sự hình thành của một liên kết lignincarbohydrate thứ mà cuối cùng gây ra sự bạc màu. Do có sự tách biệt của các
nhóm hydroxyl, liên hợp liên kết đôi ở C3 của phân tử lignin có thể được hình
thành. Trong quá trình xử lý bằng hơi nước các hợp chất bị hoà tan trong
nước, sự mất màu là do quá trình oxy hoá và ngưng tụ. Những thay đổi trong
cơ cấu lignin có thể gây ra màu đen sậm và đỏ của gỗ Sồi, trong đó có thể bao
gồm các biến thể màu sắc gây ra bởi chất chiết suất của gỗ, phản ứng lignin
gây ra sự đồng nhất màu đỏ của cây sồi trong thời gian xử lý, sự mất màu bất
thường trong gỗ sồi được gây ra bởi các phản ứng hóa học của phân bố không
đều các hợp chất phenolic [22].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng xử lý thuỷ nhiệt dẫn đến thay đổi trong
thành phần cấu trúc vách tế bào của gỗ. Thành phần hoá học của gỗ bị thay
đổi nhiều nhất dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao là hemicellulo. Sự phá huỷ
của thành phần hemicellulose gia tăng với sự tăng nhiệt độ và thời gian của
quá trình xử lý nhiệt. Chỉ một tỷ lệ nhỏ cellulose và lignin bị phá huỷ ở nhiệt
độ thấp. Sự thay đổi thành phần hoá học của cấu trúc vách tế bào đem đến
một loạt thay đổi các tính chất của gỗ như: nâng cao khả năng chịu nước, ổn
định kích thước và cải thiện độ bền sinh học, màu sắc của gỗ bị sẫm lại ....


12
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, công nghệ biến tính gỗ theo các xu hướng
khác nhau như nâng cao khối lượng thể tích, tính chất cơ vật lý, ổn định kích
thước gỗ đã được nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu. Đặc
biệt các công trình nghiên cứu của khoa Chế biến Lâm sản – Trường Đại học
Lâm nghiệp.
Những sản phẩm gỗ biến tính đã được sử dụng từ khá lâu. Vào những

năm 1987 – 1988 ở Việt Nam ngành dệt sử dụng các loại máy thoi. Các loại thoi
dệt được mua từ Trung Quốc, Ấn Độ. Vấn đề này cũng gây ra nhiều khó khăn
cho ngành dệt. Ngành dệt đã tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ Giẻ đỏ để làm
thoi, thoi gỗ Giẻ đỏ trong nước chỉ dệt được 1000 - 1200 mét. Viện công nghiệp
rừng tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ biến tính từ gỗ Mỡ, gỗ Vạng trứng để sản
xuất thoi dệt vải. Gỗ Vạng trứng (Endospermum sineis) có khối lượng thể tích
0,52 g/cm3 được tẩm trong dung dịch Phenol Spirt kết hợp với nén – ép để tăng
khối lượng thể tích. Kết quả thu được phôi gỗ có khối lượng thể tích 0,88 – 0,90
g/cm3 và thử thoi từ gỗ Vạng trứng đạt từ 500 – 600 mét vải.
Một số sản phẩm gỗ biến tính đã được nhập khẩu và sử dụng trong một
số công trình do nước ngoài đầu tư và xây dựng. Tuy nhiên, những sản phẩm
gỗ biến tính vẫn còn khá mới mẻ đới với người dân Việt Nam hiện nay.
Tại trường Đại học Lâm Nghiệp đã có một số công trình nghiên cứu
của giáo viên và sinh viên khoa Chế biến Lâm sản đã nghiên cứu một số
phương pháp biến tính gỗ như: phương pháp ngâm thường, phương pháp tẩm
nóng lạnh, phương pháp tẩm áp lực chân không để đưa thuốc bảo quản vào
trong gỗ, phương pháp tẩm nhựa polyurethane….
Vũ Huy Đại (2008), “Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý ván phủ mặt
từ gỗ Keo lai bằng DMDHEU (akrofix)”. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy sau
khi được xử lý bằng DMDHEU với chất xúc là MgCl2 ở nhiệt độ 1300C các


13
tính chất vật lý và hầu hết các tính chất cơ học của ván mỏng gỗ Keo lai xử lý
đều được cải thiện.
Nguyễn Thị Thu Hà (2004), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời
gian tẩm nhựa Polyurethane (P – U) đến chất lượng gỗ biến tính”. Sau khi tiến
hành xử lý gỗ Keo lá tràm bằng P – U với các cấp nồng độ 3 – 5 – 7 – 9 –
11% và thời gian từ 1 – 5 ngày thì làm tăng khối lượng thể tích, chống được
sự xâm nhập nắm mốc, hạn chế co rút dãn nở…

Nguyễn Thị Thanh Hải (2005), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ,
thời gian tẩm Urea đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính”. Kết quả
thu được tỷ lệ co rút và dãn nở của gỗ xử lý bằng Urea sau khi qua nén ép
giảm, tính chất cơ học tăng, khối lượng thể tích tăng, độ bám dính màng phủ
P – U lên bề mặt tốt hơn…
Tạ Thị Phương Hoa (2004), “Nâng cao tính ổn định kích thước gỗ Keo lá
tràm bằng phương pháp axetyl hóa”. Hầu hết các tính chất cơ học được nâng
lên cụ thể là: độ bền ép dọc tăng từ 4,94% đến 16,22%; độ bền ép ngang thớ
tiếp tuyến tăng từ 2,55% đến 26,77%, độ cứng tĩnh tăng 7% đến 22,05%.
Lê Ngọc Phước (2010), “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm tẩm
hóa chất đến tính chất của gỗ biến tính bằng DMDHEU dùng để phủ mặt
ván sàn gỗ công nghiệp”. Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian ngâm tẩm
hóa chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của ván sàn. Độ mài mòn, độ bong
tách màng keo và độ võng do uốn của ván xử lý đều giảm so với ván không
xử lý. Khối lượng thể tích của ván sàn thay đổi không đáng kể qua các chế độ
xử lý.
Nguyễn Tất Thắng (2004), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian tẩm U – F (Ure – Formaldehyde) đến chất lượng gỗ biến tính”. Thời gian
xử lý từ 1 – 5 ngày, nồng độ U – F từ 10 – 30%. Kết quả làm cho khả năng co
rút của gỗ giảm. Còn tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến, khối lượng thể tích,


14
ứng suốt ép dọc thớ và ứng suất uốn tĩnh có xu hướng tăng lên khi nồng độ
nằm trong khoảng 10 – 25%. Nhưng khi nồng độ tăng từ 25 – 30% thì các
tính chất trên giảm xuống.
Nguyễn Đức Thịnh (2006), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian ngâm tẩm nhựa novolak đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính”.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy: khả năng uốn tĩnh, khả năng nén dọc của gỗ
Bồ đề sau khi xử lý có hướng tăng còn khả năng co rút và khả năng dẫn nở

giảm khi tăng nồng độ và kéo dài thời gian xử lý.
Vũ Văn Toản (2005), “Nghiên cứu khả năng biến tính tăng cường độ
cứng cho gỗ Cao su làm nguyên liệu sản xuất ván sàn”. Sau khi tiến hành xử
lý gỗ Cao su bằng dung dịch nhựa styrene thì màu sắc gỗ không bị thay đổi,
hạn chế được co rút dãn nở, làm tăng cường tính chất cơ lý của gỗ.
Nguyễn Đức Thịnh (2006), nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian ngâm tẩm nhựa novolak đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính. Kết
quả của nghiên cứu cho thấy: khả năng uốn tĩnh, khả năng nén dọc của gỗ Bồ
đề sau khi xử lý có hướng tăng còn khả năng co rút và khả năng dẫn nở giảm
khi tăng nồng độ và kéo dài thời gian xử lý.
Nguyễn Chí Quang (2007), nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian ngâm polyetylen glycol (PEG) đến một số tính chất cơ học chủ yếu của
gỗ Keo lá tràm. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Gỗ sau khi xử lý PEG thì
hệ số chống trương nở (ASE) tăng. PEG đã góp phần tích cực trong việc điều
chỉnh tốc độ bay hơi nước của gỗ khi phơi sấy, nhờ đó làm giảm đáng kể hiện
tượng nứt nẻ - cong vênh khi sấy khô gỗ, ngay cả khi sấy cưỡng bức ở nhiệt
độ cao. Bên cạnh đó KLTT, độ bền kéo dọc thớ, độ bền uốn tĩnh tăng.
Năm 2007, nhóm tác giả Tiến sỹ Lê Xuân Phương, Thạc sỹ Nguyễn
Văn Thuận, và thạc sỹ Phan Duy Hưng đã nghiên cứu một số công trình về
dán dính tre – gỗ làm ván sàn: Đánh giá khả năng dán dính giữa gỗ Keo tai


15
tượng và luồng, nứa từ keo dán PVAc và keo U-F; Đánh giá khả năng dán
dính giữa keo lá tràm và luồng, nứa từ keo PVAc và keo U-F; Đánh giá khả
năng dán dính giữa gỗ Keo lai và Luồng, nứa từ keo PVAc và keo U-F; Đánh
giá khả năng dán dính giữa MDF và luồng, nứa từ keo PVAc và keo U - F. Từ
đó tác giả đã đưa ra được độ bền kéo trượt màng keo của các liên kết trên từ 2
loại keo trên.
Đối với biến tính thủy nhiệt, do điều kiện về mặt thiết bị và kinh tế cho

nên hiện nay vẫn có rất ít các công trình nghiên cứu về công nghệ này. Trong
năm 2011 có một số đề tài tốt nghiệp của sinh viên khoa Chế biến trường ĐH
Lâm nghiệp nghiên cứu về lĩnh vực này:
Phạm Thị Ngọc Yến (2011) nghiên cứu ảnh hưởng của chế chế độ xử
lý gỗ bằng hỗn hợp Boric – Borax đến một số tính chất của gỗ Keo lá tràm.
Có thể nói, Biến tính gỗ trên thế giới và trong nước đã được nghiên cứu
nhiều. Song biến tính thủy – nhiệt cho gỗ Keo lá tràm chưa được nghiên cứu.


16
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu tổng quát
Nâng cao hiệu qủa sử dụng gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) bằng
phương pháp xử lý thuỷ nhiệt.
2.2. Mục tiêu cụ thể
Xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ nhiệt
đến khả năng dán dính của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis).
2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ - nhiệt ảnh hưởng đến khả năng dán
dính của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis):
+ Độ bền kéo trượt màng keo
+ Khả năng bong tách màng keo
2.3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Gỗ Keo lá tràm 11 tuổi, vùng sinh thái Xuân Mai – Hà Nội
- Nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ nhiệt:
+ Nhiệt độ xử lý ở 3 cấp: 1300C; 1500C; 1700C
+ Thời gian ở 3 cấp tương ứng với: 2h; 4h; 6h

Chế độ xử lý thuỷ nhiệt được thực hiện như bảng 2.1
- Đô ̣ ẩ m của gỗ trước khi xử lý MC = 12 %
- Loại keo thí nghiệm: Dynea Việt Nam Co., Ltd cung cấp.
+ Keo Prefere TM 6127 dùng cho sản xuất đồ nội thất
+ Keo Prefere TM 6322 dùng cho sản xuất ngoại thất