Nghiên cứu ảnh hưởng của việc xử lý chất chậm cháy map (mono amonium phosphate) đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ bạch đàn (eucalyptus urophylla) đã xử lý ổn định kích thước
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.48 MB, 102 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------
NGUYỄN THANH TÙNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC XỬ LÝ CHẤT CHẬM
CHÁY MAP (Mono Ammonium Phosphat) ĐẾN TÍNH CHẤT
CƠ HỌC, VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆ CỦA GỖ BẠCH ĐÀN
(Eucalyptus urophylla) ĐÃ XỬ LÝ ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------
NGUYỄN THANH TÙNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC XỬ LÝ CHẤT CHẬM
CHÁY MAP (Mono Ammonium Phosphat) ĐẾN TÍNH CHẤT
CƠ HỌC, VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆ CỦA GỖ BẠCH ĐÀN
(Eucalyptus urophylla) ĐÃ XỬ LÝ ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC
Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến Lâm sản
Mã số: 62 54 03 01
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. PHẠM VĂN CHƯƠNG
Hà Nội - 2012
i
LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trước tiên cho tôi gửi
lời cảm ơn sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học Nhà giáo ưu tú, Phó giáo
sư, Tiến sỹ Phạm Văn Chương đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá
trình học tập nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
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 thí
nghiệm khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thư viện của Trường Đại học Lâm
Nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại
trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo viện Khoa học Lâm nghiệp Việt
Nam, Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng,
Phòng nghiên cứu Bảo quản lâm sản, Phòng nghiên cứu Tài nguyên thực vật
rừng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của
mình.
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 trong suốt thời gian học
tập nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, số liệu thu thập
và kết quả tính toán trong luận văn là trung thực.
Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năn 2012
Tác giả
Nguyễn Thanh Tùng
ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ........................................................................................................ i
Mục lục .............................................................................................................. ii
Danh mục các kí hiệu, các chữ viêt tắt ............................................................. v
Danh mục các bảng ........................................................................................ vii
Danh mục các hình .......................................................................................... vii
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 3
1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................... 3
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................ 8
1.3 Tình hình nghiên cứu về gỗ Bạch đàn (Eucalytus urophylla) tại Việt
Nam .............................................................................................................. 10
Chương 2: MỤC TIÊU, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 14
2.1 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................. 14
2.1.1Mục tiêu chung ................................................................................. 14
2.1.2 Mục tiêu cụ thể ................................................................................. 14
2.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu .......................................................... 14
2.2.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 14
2.2.2 Phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 14
2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................. 15
2.4 Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................... 21
Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾ ................................................................... 23
3.1 Sơ lược về cấu tạo và thành phần hóa học của gỗ ................................. 23
3.2 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt đến tính chất gỗ ................................ 27
3.2.1 Xử lý nhiệt làm thay đổi khối lượng thể tích của gỗ ........................ 27
iii
3.2.2. Tính ổn định kích thước .................................................................. 28
3.2.3 Tính chất cơ học.............................................................................. 30
3.3 Cơ sở lý thuyết của việc đưa hóa chất vào gỗ ....................................... 36
3.3.1 Lực thấm mao dẫn ........................................................................... 36
3.3.2 Lực thấm do khuyếch tán ................................................................. 38
3.3.3 Lực thấm do áp lực cưỡng bức ........................................................ 40
3.3.4 Ngâm tẩm gỗ bằng phương pháp chân không áp lực...................... 41
3..4 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình ngâm tẩm gỗ................... 44
3.4.1 Ảnh hưởng của yếu tố cấu tạo gỗ và độ ẩm gỗ ............................... 44
3.4.2 Ảnh hưởng của loại chế phẩm đến sức thấm của gỗ ....................... 47
3.4.3 Ảnh hưởng của chế độ tẩm đến khả năng thấm thuốc..................... 48
3.5 Cơ chế biến tính gỗ bằng MAP ............................................................. 50
3.6 Ảnh hưởng của chất chậm cháy đến tính chất gỗ .................................. 53
Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................ 59
4.1 Vật liệu và thiết bị nghiên cứu.............................................................. 59
4.1.1 Vật liệu nghiên cứu .......................................................................... 59
4.1.2 Thiết bị nghiên cứu .......................................................................... 59
4.1.3 Sơ đồ thực nghiệm ........................................................................... 64
4.2 Xử lý ổn định kích thước ....................................................................... 65
4.3 Xử lý chất chậm cháy ............................................................................ 66
4.4 Kết quả nghiên cứu ................................................................................ 70
4.4.1. Tính chất của gỗ sau biến tính thủy nhiệt...................................... 70
4.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ tới lượng MAP thấm vào gỗ ..................... 70
4.4.3 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ xử lý MPA tới khối
lượng thể tích ............................................................................................ 72
4.4.4 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ xử lý MAP tới độ bền
uốn tĩnh ..................................................................................................... 74
iv
4.4.5 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ xử lý MAP đến độ bền
nén dọc thớ của gỗ .................................................................................... 76
4.4.6 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ xử lý MAP đến độ bền
kéo trượt màng keo. .................................................................................. 78
4.4.7 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ xử lý MAP đến hệ số
chống trương nở ASE và hiệu suất chống hút nước WRE ........................ 80
4.4.8 Ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ xử lý chất chậm cháy
đến khả năng chậm cháy của gỗ. .............................................................. 84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên gọi
Đơn vị
TT
Ký hiệu
1
MC
Độ ẩm
%
2
P
áp suất
MPa
3
T
Nhiệt độ
0
4
t
Thời gian
5
Khối lượng thể tích
6
ASE
Hệ số chống trương nở
%
7
WRE
Hiệu suất chống hút nước
%
8
ms
Khối lượng mẫu sau khi ngâm
g
9
mo
Khối lượng mẫu khô kiệt
g
10
T1
Hút nước trung bình của mẫu đối chứng
%
11
T2
Hút nước trung bình của mẫu xử lý
%
12
ac (v)
Trương nở thể tích trung bình của mẫu đối chứng
%
13
at (v)
Trương nở thể tích trung bình của mẫu xử lý
%
14
Vs
Thể tích mẫu sau khi ngâm
Cm3
15
V0
Thể tích mẫu sau khi sấy
Cm3
16
MOR
Độ bền uốn tĩnh
MPa
17
ed
Độ bền nén dọc thớ
MPa
18
k
Độ bền kéo trượt màng keo
MPa
19
Q
Lượng thuốc thấm
C
h
g/cm3
kg/m3
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT
Tên bảng
Trang
1.1 Tính chất vật lí và cơ học của gỗ bạch đàn Urophylla
11
3.1 Khả năng áp dụng loại chế phẩm và phương pháp bảo quản
49
theo độ ẩm của tre, gỗ nguyên liệu.
4.1 Các đặc tính kỹ thuật của thiết bị xác định hiệu quả chống cháy
61
đối với vật liệu gỗ.
4.2 Lượng (kg/m3) MAP thấm vào gỗ đã được xử lý thủy nhiệt
71
ở các nồng độ xử lý khác nhau
4.3 Khối lượng thể tích của gỗ trước, sau biến tính thủy nhiệt
72
và sau khi xử lý chậm cháy.
4.4 Độ bền uốn tĩnh (MPa) của gỗ sau khi xử lý thủy nhiệt và MAP
74
4.5 Độ bền nén dọc (MPa) của gỗ sau khi xử lý thủy nhiệt và MAP
77
4.6 Độ bền kéo trượt màng keo(MPa) của gỗ sau khi xử lý thủy
78
nhiệt và MAP .
4.7 Hệ số chống trương nở của gỗ sau khi xử lý thủy nhiệt và
80
MAP
4.8 Hiệu suất chống hút nước của gỗ sau khi xử lý thủy nhiệt và
82
MAP
4.9 Khả năng chậm cháy của gỗ sau khi xử lý thủy nhiệt và MAP
84
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT
1.1
Tên hình
Cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm gỗ của Browe F.C
Trang
5
1982
3.1
Hợp chất cao phân tử cellulose dưới dạng 3D
24
3.2
Phân tử cellulose
24
3.3
Sự thay đổi của liên kết hydro giữa các phân tử cellulose trong
30
quá trình xử lý nhiệt
3.4
Quá trình phân giải do nhiệt của hemicellulose trong gỗ
32
3.5
Quá trình nhiệt giải của cellulose
34
3.6
Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt
35
4.1
Thiết bị xử lý thủy nhiệt
60
4.2
Thiết bị xác định hiệu quả chống cháy đối với vật liệu gỗ
63
4.3
Mẫu Xác định khối lượng thể tích (TCVN 8048-2:2009),
68
4.4
Mẫu thử khả năng chậm cháy (ГОСТ 16363-9
68
4.5
Mẫu thử độ bền uốn tĩnh (TCVN 8048-3: 2009)
68
4.6
Mẫu thử độ bền nén dọc thớ (TCVN 8048-5: 2009)
69
4.7
Mẫu thử độ bền kéo trượt màng keo (TCVN 8576:2010)
69
4.8
Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ xử lý MAP đến lượng MAP
71
thấm vào gỗ
4.9
Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và MAP đến khối
73
lượng thể tích .
4.10 Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ MAP đến
75
độ bền uốn tĩnh
4.11 Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và nồng độ MAP đến
độ bền nén dọc
4.12 Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhệt và nồng độ MAP đến
độ bền kéo trượt màng keo
77
79
viii
4.13 Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhệt và nồng độ MAP đến
81
hệ số chống trương nở.
4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhệt và nồng độ MAP đến
82
hiệu suất chống hút nước
4.15 Biểu đồ ảnh hưởng của xử lý thủy nhiệt và MAP tới tổn hao
khối lượng
85
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Gỗ là nguyên, vật liệu tự nhiên được con người sử dụng lâu đời và rộng rãi
nhất. Gỗ được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vận tải, kiến trúc xây dụng, khai khoáng,…Ngoài ra gỗ còn được sử
dụng làm văn phòng phẩm, nhạc cụ, dụng cụ thể dục thể thao, bàn ghế dụng
cụ học sinh, đồ dùng gia đình, công sở,…do gỗ có hàng loạt các ưu điểm như
có hệ số phẩm chất cao, mềm, dễ gia công, chế biến, có mầu sắc, vân thớ đẹp,
dễ trang sức,…
Bên cạnh các ưu điểm đó gỗ cũng có nhiều nhược điểm như dễ bị sâu
nấm, côn trùng phá hoại và có khả năng hút, nhả ẩm dẫn đến bị thay đổi kích
thước, hơn nữa gỗ là vật liệu dị hướng nên mức độ thay đổi kích thước theo
các chiều không giống nhau, vì thế gỗ dễ bị biến hình, cong vênh, nứt nẻ. Đây
là nguyên nhân làm cho gỗ có độ ổn định kích thước không cao.
Mặt khác vật liệu gỗ (gỗ hay gỗ nhân tạo) đều là các hợp chất hữu cơ
được tổ thành bởi cacbon, hydro, oxy, chúng đều có khả năng cháy, do đó
nguy cơ cháy đối với các sản phẩm, công trình từ gỗ luôn luôn hiện hữu. Theo
báo cáo của Cục Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn, cứu hộ Việt
Nam, năm 2011, trên toàn quốc đã xảy ra 1.764 vụ cháy làm chết 75 người, bị
thương 215 người, thiệt hại về tài sản gần 600 tỷ đồng và 2000 ha rừng các
loại, có trên 25% các vụ hỏa hoạn dẫn đến từ vật liệu có nguồn celluloze,
giấy, gỗ.
Vì vậy việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao đồng thời độ ổn định
kích thước gỗ và chống cháy cho gỗ là rất cần thiết. Trong những năm gần
đây đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của các giải pháp nâng cao độ ổn
định kích thước gỗ, xử lý chậm cháy cho gỗ đến một số tính chất vật lý, cơ
học và tính chất công nghệ của gỗ một cách độc lập. Tuy nhiên đến nay chưa
có nghiên cứu nào nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các giải pháp nâng
2
cao ổn định kích thước và xử lý chậm cháy cho gỗ đến một số tính chất vật lý,
cơ học và tính chất công nghệ của gỗ.
Chính vì vậy, được sự nhất trí của Khoa đào tạo sau đại học- trường
Đại học Lâm nghiệp Việt Nam và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phạm Văn
Chương, tôi tiến hành thực hiện đề tài :
“Nghiên cứu ảnh hưởng của việc xử lý chất chậm cháy MAP (mono
ammonium phosphate) đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ
bạch đàn (Eucalytus urophylla) đã xử lý ổn định kích thước ”
3
Chương 1:
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Gỗ là loại vật liệu rất dễ cháy, do đó việc làm thế nào để 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. Gỗ được xử lý chậm cháy lần
đầu tiên vào thế kỷ thứ nhất sau công nguyên. Khi Romans sử dụng hỗn hợp
Alum và Vinegar để bảo vệ thuyền của họ chống lại lửa. Vào năm 1820 Gaylusac đã ủng hộ việc sử dụng Ammonium phosphates và Borax để tiến hành
xử lý vật liệu cellulosic. Rất nhiều các hóa chất vô cơ được sử dụng rộng rãi
ngày nay đã được xác định vào những năm 1800 và 1870. Từ những năm sau
đó sự phát triển các loại hóa chất chậm cháy cho gỗ được tăng lên một cách
nhanh chóng. Việc xử lý chậm cháy cho gỗ mang tính thương mại đã trở nên
phổ biến sau khi hải quân mỹ (1895) chỉ ra rằng họ sử dụng hóa chất chậm
cháy xử lý gỗ đóng tàu và ở thành phố New York (1899) yêu cầu xử lý chất
chận cháy để xử lý gỗ cho các tào nhà cao trên mười hai tầng. Sản lượng đã
đạt đến 65 triệu board feet năm 1943, nhưng vào những năm 1964 chỉ 32 triệu
board feet được xử lý hàng năm [22].
Việc mở rộng sự sử dụng các sản phẩm gỗ trong kết cấu của các cơ
quan và công trình thương mại yêu cầu gỗ phải được xử lý chậm cháy. Do
vậy các nghiên cứu xử lý chậm cháy cho gỗ được tăng nhanh hơn.
Một trong những nghiên cứu sớm nhất về xử lý chậm cháy cho gỗ được
thực hiện vào những năm 1930 – 1935 ở phòng thí nghiệm lâm sản Mỹ.
Nghiên cứu này đã đưa ra một loạt báo cáo về đánh giá toàn diện xử lý chậm
cháy cho gỗ. Một trăm ba mươi hóa chất đơn lẻ hoặc kết hợp trong hỗ hợp
muối khác nhau được đánh giá làm giảm lan của ngọn lửa, khói và sự ăn mòn.
4
Diammonium phosphate là hóa chất được đánh giá số 1 trong việc làm giảm
sử lan của ngọn lửa, theo sau đó là monoammonium phosphate, ammonium
chloride, ammonium sulfate, borax, and zinc chloride. Zinc chloride [22].
Tuy nhiên các nghiên cứu về thực sự về chống cháy cho gỗ được ghi
nhận từ những năm cuối thế kỷ 16 đến đầu thế kỷ 17. 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. Năm 1831 Bryan là người đầu tiên được cấp bằng sáng chế
về phương pháp tẩm chân không áp lực, phương pháp này còn gọi là phương
pháp tế bào đầy, nó mang lại hiệu quả cao trong việc ngâm tẩm gỗ với thời
gian ngắn. Chín năm sau, Bunet cũng dùng phương pháp này khi xử lý chống
cháy cho gỗ bằng dung dịch ZnCl2 [2],[16].
Trong giai đoạn từ 1800 đến 1930 các nhà khoa học đã đưa ra rất nhiều
giải thích về cơ chế chống cháy, tuy vậy các giải thích này mới chỉ mới chỉ
dừng lại ở một đến hai hướng và chỉ đúng cho một vài vật liệu. Phải đến
những năm 1970 các cơ chế chống cháy đối với gỗ và các sản phẩm gỗ mới
được dần hoàn thiện. Theo đánh giá của nhiều nhà khoa học, cơ chế chống
cháy của F.C Browe năm 1982 được mô tả ở hình 1.1 là hoàn thiện nhất,
trong cơ chế này Browe đã đưa ra đầy đủ các hướng về cơ chế phòng chống 3
ngọn lửa, cơ chế chống nổ, cơ chể ngăn cản cháy bề mặt [2]:
5
Cơ chế
phòng,
chống 3
ngọn lửa
Cơ chế
chống
cháy
nổ
Cơ chế
ngăn cản
cháy bề mặt
Cơ chế
chống nổ
Tác dụng vật lý
Tác dụng khí
Tác dụng
hóa học
Tác dụng
vật lý
Tác dụng
che phủ
Ngăn cách nhiệt
Thu nhiệt
Tác dụng nhiệt
Loãng khí
Truyền dẫn
nhiệt
Ngăn chặn phản ứng nối mạch
Tách nước, cácbon hóa
Tác dụng hóa học
Tác dụng vật lý
Kết hợp liên kết gốc hydro
Hình 1.1. Cơ chế chống cháy cho gỗ và sản phẩm gỗ của Browe F.C 1982
Ở giai đoạn sau những năm 1930 cũng có rất nhiều công trình nghiên cứu
khác nhau về chống cháy cho gỗ; Seiichi Satonaka, Toshiharu Endoh năm
1983 về khả năng sử dụng hợp chất Boron làm chất chống cháy cho vật liệu
có nguồn gốc cellulose. LeVan và Collet năm 1989, LeVan và Winady năm
1990 nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng axit trong hóa chất chống cháy
đến tính chất gỗ. Paul A. Cooper năm 1996 thực hiện nghiên cứu đánh giá độ
trương nở của gỗ khi xử lý chậm cháy cho gỗ bằng phương pháp chân không
áp lực với các dung dịch MAP 8%, PEG 10%. Winady và cộng sự năm 1991,
Sweet và Winady năm 1999 nghiên cứu về ảnh hưởng của việc xử lý chậm
cháy bằng MAP (mono ammonium phosphate) đến độ bền cơ học gỗ; J.
Miljković và cộng sự năm 2005, nghiên cứu về ảnh hưởng của việc xử lý
chậm cháy đến tính chất ván mỏng gỗ sồi và gỗ dương...
Tại các quốc gia thuộc liên xô cũ trong những năm 1970 đến 1980, các
nhà khoa học đã tạo ra chất chống cháy dạng acid phosphoric đa tụ. Chất này
6
được tạo ra do các phản ứng của Urê, Mêlamin với axít phốtphoríc (H3PO4).
Chất chống cháy này được sử dụng nhiều để xử lý các loại vải chống cháy, sử
dụng trong ván dăm, ván sợi. Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ
nhóm P-N, chất chống cháy 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%. Cũng vào những năm 1970, các nhà khoa học
Trung Quốc đã tạo ra các loại keo kí hiệu U.D.PF, MDPF, H3PO4.PFAC,
H3BO3MFAC, H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy rất tốt. Các hợp chất
chống cháy có chứa phốt pho dạng này đang được ưa chuộng và sử dụng
nhiều trong sản xuất ván dăm, ván sợi chậm cháy [ 2].
Trong những năm gần đây ở một số các quốc gia Châu Á, cũng có
những nghiên cứu về chống cháy cho gỗ như: Qingwen Wang , Jian Li (Trung
Quốc) năm 2005 thực hiện nghiên cứu về cơ chế hoạt động của hỗn hợp chất
chống cháy giữa Boric axít và GUP (Guyanyl ure phosphate). Cũng trong
năm này J. Zaihan và cộng sự (Malaysia) đã nghiên cứu khả năng chậm cháy
của 4 loại hóa chất: MAP, DAP, BBX và Dricon (nồng độ dung dịch là 20%)
đối với ván mỏng làm ván phủ mặt. Năm 2006, Nadir Ayrilmis và cộng sự
(Thổ Nhĩ Kỳ) nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại chất chống cháy đến độ
nhẵn bề mặt ván mỏng, trong đó tác giả đã sử dụng dung dịch MAP, DAP ở
các nồng độ 3% và 11%. Năm 2009, Izran Kamal (Malaysia) và cộng sự
nghiên cứu khả năng chống cháy và độ bền cơ học của ván dăm từ gỗ gai dầu
(Hibiscus Cannabis), sử dụng dung dịch MAP, DAP và Bricon ở cấp nồng độ
8% và 10%.
Xử lý chậm cháy bằng mono ammonium phosphat
Monoamonium phosphate (MAP) hay còn gọi là amonium dihydrogen
phosphate, là một chất được tổng hợp từ phản ứng giữa dung dịch axít
photphoric và dung dịch amoniac. Hóa chất này có mục đích sử dụng ban đầu
7
như là một dạng phân bón vô cơ trong sản xuất nông nghiệp. Thời gian về
sau, MAP được ngành phòng cháy chữa cháy sử dụng như là một thành phần
quan trọng trong các hỗn hợp chất chống cháy và cho đến ngày nay, các loại
bọt chống cháy thông dụng vẫn chứa đựng thành phần MAP trong đó.
Việc ứng dụng MAP trong lĩnh vực biến tính chậm cháy cho gỗ được
ghi nhận từ năm 1821 với các nghiên cứu của nhà khoa học người Pháp GayLussac. Với hiệu quả chống cháy rất tốt nên MAP đã nhanh chóng trở thành
một trong các đối tượng được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực xử lý chống
cháy cho gỗ và về sau này cùng với Diamonium phosphate (DAP) trở thành
hai loại hóa chất chậm cháy hệ P-N điển hình nhất. Các nghiên cứu về việc sử
dụng MAP làm hóa chất chậm cháy cho gỗ cũng như ảnh hưởng của nó đến
các tính chất của gỗ sau xử lý đã được thực hiện tương đối nhiều, có thể kể
đến một số nghiên cứu như:
Browne và Tang (1963) nghiên cứu khả năng và cơ chế tác động của một
số loại hóa chất chậm cháy: monoamonium phosphate, sodium borax, sodium
chloride, aluminum choloride, trong đó đã làm sáng tỏ khả năng làm biến đổi
quá trình phân giải nhiệt của gỗ và tăng độ than hóa bề mặt gỗ của
monoamonium phosphate. Fung và cộng sự (1972) nghiên cứu về độ polyme
hóa của cellulose khi gỗ được xử lý với borax và monoamonium phosphate,
kết quả cho thấy với tác động của axit thì cellulose bị phân giải rất nhanh, chỉ
trong vòng 2 phút ở 1500C độ polyme hóa của cellulose giảm đi gần một nửa.
Shafizadeh (1984) khi nghiên cứu 21 loại hỗn hợp chất chống cháy khác
nhau đã cho thấy chất chống cháy có chứa axit photphoric – điển hình là
monoamonium phosphate và diamonium phosphate – là những chất có khả
năng làm giảm sự phát sinh các chất khí dễ cháy và tăng khả năng than hóa bề
mặt gỗ tốt nhất. LeVan và Collet năm 1989, LeVan và Winady năm 1990
nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng axit trong hóa chất chống cháy đến tính
8
chất gỗ, các tác giả đã sử dụng hóa chất ở cả dạng đơn chất và hỗn hợp của
nhiều thành phần trong đó có monoamonium phosphate. Paul A. Cooper năm
1996 thực hiện nghiên cứu đánh giá độ trương nở của gỗ khi xử lý chậm cháy
cho gỗ bằng phương pháp chân không áp lực với các dung dịch MAP 8%,
PEG 10%. Winady và cộng sự năm 1991, Sweet và Winady năm 1999 nghiên
cứu về ảnh hưởng của việc xử lý chậm cháy bằng MAP đến độ bền cơ học
của gỗ. J. Miljković và cộng sự năm 2005, nghiên cứu về ảnh hưởng của việc
xử lý chậm cháy đến tính chất ván mỏng gỗ sồi và gỗ dương, sử dụng phương
pháp nhúng với dung dịch MAP có nồng độ 25%.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam các công trình nghiên cứu về xử lý chậm cháy cho gỗ và
các sản phẩm gỗ chưa được chú ý nhiều trong những năm trước thập kỷ 90.
Việc nghiên cứu xử lý chậm cháy cho gỗ và các sản phẩm gỗ thực sự được
quan tâm từ những năm của thập kỷ 90 như; Hồ Xuân Các đã đưa ra loại
thuốc bảo quản gỗ lấy tên là Caxe-01 để xử lý cho gỗ cao su, sau đó Caxe-01
lại được cải tiến thành Caxe-02, Caxe-03 có tác dụng chống nấm, mọt, chậm
cháy ở gỗ cao su hơn ban đầu, thành phần chủ yếu của thuốc là boric và borat
vào đầu những năm của thập kỷ 90, 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 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 .
Trong những năm đầu của thế kỷ 20 các công trình nghiên cứu về chậm cháy
được tăng lên một cách đáng kể; 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 chậm cháy từ
H3BO3 và Na2B4O7.10H2O”, Cũng trong năm 2001, tác giả Trần Văn Chứ bảo
9
vệ thành công luận án tiến sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy”,
đây là một công trình nghiên cứu đầu tiên của Việt Nam về chống cháy cho
ván dăm, 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 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 phương pháp
khuyết 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”, 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 đó 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 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 chạy cháy cho gỗ tăng,
Nguyễn Văn Đinh (2011) Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử
lý hỗn hợp chất chậm cháy BB (Boric – Borax ) tới một số tính chất của gỗ
Bạch đàn Eucalyptus Urophylla, Đỗ Vũ Thắng (2011), Nghiên cứu ảnh
hưởng của nồng độ và thời gian xử lý hóa chất chậm cháy MAP (mono
10
ammonium phosphate) tới một số tính chất của gỗ Bạch đàn (Eucalyptus
urophylla).
Gỗ sau khi xử lý ổn đinh kích thước bằng phương pháp xử lý thủy nhiệt
thì khả năng chậm cháy của gỗ giảm đi [24]. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu
xử lý chậm cháy cho gỗ sau khi đã được xử lý ổn định kích thước bằng
phương pháp thủy nhiệt là một vấn đề cần được nghiên cứu.
1.3 Tình hình nghiên cứu về gỗ Bạch đàn (Eucalytus urophylla) tại Việt Nam
Diện tích rừng trồng Việt nam ước tính đạt 2,3 triệu ha (năm 2009),
Sản lượng khai thác từ gỗ rừng trồng ngày càng tăng (năm 2009 đạt xấp xỉ 3
triệu m3) với các loài cây chủ yếu là keo tai tượng, keo lá tràm, bạch đàn
urophylla, bạch đàn trắng, thông, cao su và một số các loài cây bản địa mọc
nhanh khác. Trong đó bạch đàn Urophylla (Eucalyptus urophylla) là một loại
cây có thể trồng ở hầu hết các vùng sinh thái trên cả nước, tập trung trồng
diện tích lớn chủ yếu ở các vùng như Đông Bắc, Tây Bắc, Đồng Bằng Sông
Hồng, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên.
Gỗ Bạch Đàn Urophylla (hay còn gọi là Bạch Đàn Nâu) nếu
được trồng đúng kỹ thuật, từ 6 tuổi trở lên đã có thể khai thác sử dụng cho các
mục đích khác nhau: gỗ nhỏ có thể làm nguyên liệu giấy, dăm, sợi, gỗ trụ
mỏ, gỗ lớn dùng trong xây dựng, đóng đồ mộc...
Hiện nay ở Việt Nam, các nghiên cứu về kỹ thuật giống, kỹ thuật lâm
sinh cho việc gây trồng cây Bạch Đàn Urophylla đã được thực hiện khá nhiều
và đáp ứng yêu cầu cấp thiết trong việc trồng mới và tái sinh rừng. Tuy nhiên,
trong lĩnh vực chế biến lâm sản cho đến nay mới chỉ có một số nghiên cứu về
bạch đàn uro phylla; Bùi Văn Ái (2005) nghiên cứu về khả năng thấm thuốc
bảo quản, Nguyễn Quang Trung (2010) về khả năng sử dụng một số loài gỗ
rừng trồng (trong đó có Bạch Đàn Urophylla) làm nguyên liệu đóng tàu
thuyền đi biển,...
11
Nguyễn Tử Kim và Lê Thu Hiền (2010) nghiên cứu về cấu tạo và một
số tính chất cơ học, vật lí của gỗ Bạch Đàn urophylla. Các kết quả nghiên cứu
cho thấy:
+Cấu tạo thô đại:
Gỗ có lõi giác phân biệt, gỗ lõi màu nâu hồng, dác màu trắng xám;
vòng sinh trưởng rõ, thường rộng từ 2-3 mm, mặt gỗ mịn, thớ gỗ thẳng. Gỗ
cứng, năng trung bình
+ Cấu tạo hiển vi:
Mạch đơn, số lượng lỗ mạch 12-17 /mm2, đường kính lỗ mạch 37-154
µm, trung bình 100 µm. Tia gỗ: tia gỗ đồng hình, tia thường có 1 dãy tế bào,
ít khi có 2-3 dãy; số lượng tia 3-4/mm; tia cao 65-656 µm, trung bình 380 µm,
tia rộng 24-58 µm, rộng trung bình 35 µm. Lỗ thông mạch đơn. Vách sợi gỗ
dày trung bình, chiều dài 1327-1675 µm, dài trung bình.
Bảng 1.1. Tính chất vật lí và cơ học của gỗ bạch đàn Urophylla [7]
Đơn vị
7 năm
TT
Tính chất
11 năm tuổi
tính
tuổi
1
2
Độ co rút toàn bộ
%
Chiều dọc thớ
0,17
0,21
Hướng xuyên tâm
6,11
6,79
Hướng tiếp tuyến
10,16
8,88
Chiều dọc thớ
0,01
0,01
Hướng xuyên tâm
0,20
0,23
Hướng tiếp tuyến
0,34
0,33
7,0
9,0
0,5
0,6
Hệ số co rút toàn bộ
3
Độ co rút thể tích
4
Hệ số co rút thể tích
%
12
5
Khối lượng thể tích
g/cm3
Độ ẩm 12%
0,649
0,841
Độ ẩm 18%
0,670
0,864
Độ ẩm 0%
0,619
0,811
6
Ứng suất kéo dọc thớ (w=12%)
MPa
94,0
138,4
7
Ứng suất nén dọc thớ
MPa
49,4
63,6
8
Ứng suất trượt dọc thớ (w=12%)
MPa
Mặt trượt xuyên tâm
11,4
16,7
Mặt trượt tiếp tuyến
12,7
18,4
Theo hướng xuyên tâm
91,3
110,7
Theo hướng tiếp tuyến
92,3
106,8
Hướng xuyên tâm
5,11
6,80
Hướng tiếp tuyến
4,93
6,54
9
Ứng suất uốn ngang thớ (w=12%)
10 Mô đun đàn hồi uốn tĩnh ngang thớ
MPa
MPa
Nguồn: Nguyễn Tử Kim và Lê Thu Hiền (2010), nghiên cứu về cấu tạo và một số
tính chất cơ học, vật lý của gỗ bạch đàn urophylla
Nhận xét:
Gỗ bạch đàn Urophylla là một loài gỗ rừng trồng có khả năng sinh
trưởng nhanh và được trồng với một diện tích lớn ở Việt Nam. Tuy nhiên loài
gỗ này còn có một số hạn chế như; ứng xuất sinh trưởng cao, độ ổn định kích
thước kém,...chính vì vậy để cải thiện một số nhược điển của gỗ bạch đàn
urophylla việc áp dụng một số biệm pháp xử lý biến tính gỗ là rất cần thiết.
Trong đó việc xử lý đồng thời về ổn định kích thước và chậm cháy cho gỗ là
một hướng nghiên cứu cần được quan tâm một cách thích đáng, vì đó là hai
nhược điểm chính của gỗ.
13
Cho đến nay ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào liên quan
đến quá trình cháy cũng như xử lý chậm cháy cho gỗ bạch đàn urophylla đã
được xử lý ổn định kích thước. Chính vì vậy; “Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý
chất chậm cháy MAP(mono ammonium phosphate) đến tính chất cơ học, vật
lý và công nghệ của gỗ bạch đàn Urophylla đã xử lý ổn định kích thước ” sẽ
có ý nghĩa thiết thực góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học các nghiên cứu về
gỗ cũng như sẽ giúp định hướng tốt hơn cho việc sử dụng loại gỗ này trong
thực tiễn sản xuất.
14
Chương 2
MỤC TIÊU, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1Mục tiêu chung
Nâng cao chất lượng gỗ Bạch đàn, làm cơ sở đề xuất công nghệ xử lí
chậm cháy gỗ Bạch đàn đã xử lý ổn định kích thước.
2.1.2 Mục tiêu cụ thể
Xác định được ảnh hưởng của nồng độ chất chậm cháy MAP đến tính
chất vật lý, cơ học và tính chất công nghệ gỗ Bạch đàn (Eucalytus urophylla)
đã xử lý ổn định kích thước bằng phương pháp biến tính thủy nhiệt.
2.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
2.2.1 Đối tượng nghiên cứu
Ảnh hưởng của nồng độ xử lý hóa chất MAP tới tính chất vật lý, cơ học
và tính chất công nghệ của gỗ Bạch đàn (Eucalytus urophylla) đã được xử lý
ổn định kích thước bằng phương pháp thủy nhiệt như sau;
Khả năng chống trương nở (ASE)
Khả năng chống hút nước (WRE)
Lượng thuốc thấm
Khả năng chậm cháy
Độ bền uốn tĩnh
Độ bền nén dọc thớ
Khả năng dán dính
2.2.2 Phạm vi nghiên cứu
- Gỗ Bạch đàn (Eucalytus urophylla) 9 tuổi, vùng sinh thái Ba Vì, Hà Nội
- Hóa chất MAP (NH4H2P04- mono ammonium phosphate 98%)
15
- Keo dán gỗ: PVAc – Dynea
- Xử lý ổn định kích thước bằng phương pháp thủy nhiệt ở nhiệt độ và
1500C thời gian 4 giờ
- Xử lý chậm cháy bằng hóa chất MAP (mono ammonium phosphate) ở
các cấp nồng độ 4, 8, 12, 16, 20 với:
- Thời gian duy trì châm không là t = 30 phút
- Áp suất : Pchân không = -0.1 MPa ; Páp lực = 0,7 Mpa
- Thời gian duy trì áp lực tẩm là 60 phút
2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
TT
Nội dung nghiên cứu
1
- Lựa chọn nhiệt độ và thời gian
xử lý thủy nhiệt
- Lựa chọn khoảng biến động
nồng độ MAP
2
Xử lý ổn định kích thước cho gỗ
Bạch đàn urophylla
3
Nghiên cứu Xác định ảnh hưởng
nồng độ xử lý chất chậm cháy
MAP đến tính chất vật lý, cơ học
và công nghệ của gỗ
3.1 Ảnh hưởng của nồng độ MAP
đến một số tính chất vật lý
Hệ số chống trương nở
ASE
Hiệu suất chống hút nước
WRE
Khả năng chậm cháy
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kế
thừa
Phương pháp thực nghiệm –xử lý thủy
nhiệt
Phương pháp thực nghiệm – Tẩm MAP
vào gỗ bằng phương pháp chân không
áp lực
Phương pháp thực nghiệm – Tiêu chuẩn
ASTM D 4446-08
Phương pháp thực nghiệm – Tiêu chuẩn
ASTM D 4446-08
Phương pháp thực nghiệm – Tiêu chuẩn
ГОСТ 16363-98
3.2 Ảnh hưởng nông độ MAP tới một
số tính chất cơ học
Phương pháp thực nghiệm –Tiêu chẩn
Độ bền uốn tĩnh
TCVN 8048-3: 2009
Phương pháp thực nghiệm –Tiêu chẩn
Độ bền nén dọc thớ
TCVN 8048-5:2009
