Tải bản đầy đủ (.pdf) (91 trang)

Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng đô và thời gian ngâm tẩm poluteylenglycol (PEG) đến một số tính chất cơ học chủ yếu của gỗ keo lá tràm (acacia auriculiformis)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.45 MB, 91 trang )

B GIO DC V O TO

B NễNG NGHIP V PTNT

TRNG I HC LM NGHIP

NGUYN CH QUANG

NGHIÊN CứU ảNH hưởng của nồng độ và thời gian
ngâm polyetylenglycol (peg) đến một số tính chất
cơ học CHủ YếU của gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformis)

LUN VN THC S KHOA HC K THUT

H TY- 2007


B GIO DC V O TO

B NễNG NGHIP V PTNT

TRNG I HC LM NGHIP

NGUYN CH QUANG

NGHIÊN CứU ảNH hưởng của nồng độ và thời gian
ngâm polyetylenglycol (peg) đến một số tính chất
cơ học CHủ YếU của gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformis)

Chuyờn ngnh: K thut mỏy, thit b v cụng ngh g, giy
Mó s: 60-52-24



LUN VN THC S KHOA HC K THUT

Hng dn khoa hc: TS. Trn Vn Ch

H TY - 2007


LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Chứ,
người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện.
Cảm ơn Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Lâm nghiệp, cùng các thầy cô
giáo, toàn thể cán bộ Trung tâm thực nghiệm và chuyển giao kỹ thuật Công nghiệp
rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hạt Phúc kiểm Lâm sản Tiên Phong,
Chi cục Kiểm lâm Bắc Ninh đã đóng góp ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Cảm ơn các cán bộ kỹ thuật của Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công
nghệ công nghiệp rừng, Phòng thí nghiệm Trung tâm – khoa Chế biến Lâm sản Trường Đại học Lâm nghiệp đã hướng dẫn kỹ thuật và hỗ trợ các trang thiết bị
nghiên cứu, thử nghiệm tốt nhất giúp tôi thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè cùng gia đình đã quan tâm
động viên khích lệ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Một lần nữa, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tất cả mọi người đã
giúp đỡ và ủng hộ tôi!

Hà Tây, Tháng 7-2007
Tác giả

Nguyễn Chí Quang



MỤC LỤC

Nội dung

Trang

Lời cảm ơn
Mục lục

Chương 1
1.1

Các ký hiệu viết tắt

i

Danh mục các hình

ii

Danh mục các bảng

iiii

Đặt vấn đề

1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Lịch sử nghiên cứu về biến tính gỗ bằng phương pháp ổn
định kích thước

3

1.2

Mục tiêu nghiên cứu

8

1.3

Phạm vi nghiên cứu

8

1.4

Nội dung nghiên cứu

9

1.5

Phương pháp nghiên cứu

9

1.6


Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

17

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

19

2.1

Một số đặc điểm chung về gỗ

19

2.2

Cơ sở khoa học của việc ổn định kích thước gỗ

22

2.3

Một số giải pháp biến tính kích thước ổn định gỗ

28

Chương 3


NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

40

3.1

Một số chỉ tiêu kỹ thuật của nguyên liệu

40

3.2

Quy trình tạo tạo gỗ biến tính

46

3.3

Kết quả nghiên cứu

48


3.4

Đánh giá kết quả nghiên cứu

74


Chương 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

80

4.1

KẾT LUẬN

80

4.2

KIẾN NGHỊ

81

Tài liệu tham khảo

83

Phụ lục


i

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
PEG


Polyetylenglycol

MOR

Độ bền uốn tĩnh

ASE

hệ số chống trương nở (Antiswelling efficient)

MOE

Modull đàn hồi uốn tĩnh

G

Giá trị tiêu chuẩn Kochren

Gtt

Giá trị cuar chuẩn Kochren tính toán

Ftt

Giá trị của chuẩn Fisher tính toán

F

Giá trị chuẩn Fisher tra bảng


G

Giá trị tiêu chuẩn Kochren

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

Max

Trị số cực đại

Min

Trị số cực tiểu

P

Áp suất

T

Nhiệt độ



Thời gian




Độ bền của gỗ



Tỷ suất nén


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT
1.1

Tên hình
Cấu tạo của dao và cách đặt lực để kiểm tra độ bền bám dính
của nền trang sức

Trang
17

2.1

Cấu tạo phân tử Cellulose

20

2.2

Các dạng biến đổi cấu trúc trong gỗ khi có tác nhân xử lý


24

2.3

Mô hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ

26

2.4

Mặt cong được hình thành khi dung dịch tiếp xúc với thành mao quản

38

3.1

Mặt cắt ngang 1

42

3.2

Mặt cắt ngang 2

42

3.3

Cấu tạo hiển vi mặt cắt ngang 1


43

3.4

Cấu tạo hiển vi mặt cắt ngang 2

43

3.5

Cấu tạo hiển vi mặt cắt xuyên tâm

44

3.6

Cấu tạo hiển vi-mặt cắt ngang tiếp tuyến

44

3.7

Sơ đồ công nghệ quá trình biến tính gỗ dùng PEG

46

3.8

3.9


3.10

3.11

3.12

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và chỉ số chống trương nở
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và tỷ lệ PEG trong gỗ
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và cường độ dán dính
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và độ bền kéo dọc thớ
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và độ bền uốn tĩnh

3.13 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm

49

51

53

56

57
59



iii

và độ co rút dọc thớ
3.14

3.15

3.16

3.17

3.18

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và độ co rút xuyên tâm
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và độ co rút tiếp tuyến
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG,
thời gian tẩm và độ dãn nở dọc thớ
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và độ dãn nở xuyên tâm
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PEG, thời gian tẩm
và độ dãn nở tiếp tuyến

61

63

65


67

69

3.19 Mặt cắt ngang 1

71

3.20 Mặt cắt ngang 2

71

3.21 Mặt cắt ngang 3

71

3.22 Mặt cắt ngang – hiển vi 1

72

3.23 Mặt cắt ngang – hiển vi 2

72

3.24 Mặt cắt xuyên tâm

73

3.25 Mặt cắt tiếp tuyến


73


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT

Tên bảng

Trang

1.1

Mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm

14

1.2

Ma trận quy hoạch thực nghiệm

14

3.1

Hệ số chống trương nở của gỗ Keo lá tràm được xử lý PEG


49

3.2

Tỷ lệ PEG trong gỗ (%)

50

3.3

Khả năng nứt của gỗ

52

3.4

Cường độ dán dính (số ô bong

53

3.5

Độ bền kéo dọc thớ kd (105N/m2)

55

3.6

Độ bền uốn tĩnh của gỗ ut(105N/m2)


56

3.7

Độ co rút dọc thớ của gỗ (%)

58

3.8

Độ co rút xuyên tâm của gỗ (%)

60

3.9

Độ co rút tiếp tuyến của gỗ (%)

62

3.10

Độ dãn nở dọc thớ của gỗ (%)

64

3.11

Độ dãn nở xuyên tâm của gỗ (%)


66

3.12

Độ dãn nở tiếp tuyến của gỗ (%)

68


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay xã hội càng phát triển, nhu cầu sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ
ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất lượng. Trong khi đó, gỗ rừng tự nhiên
ngày càng khan hiếm. Gỗ của nhiều loại cây mọc nhanh như rừng trồng ít được
dùng vào sản xuất hàng mộc dân dụng, đặc biệt là hàng mộc cao cấp và mỹ
nghệ vì chất lượng thấp.
Để nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng cây mọc
nhanh là cần thiết và có ý nghĩa chiến lược. Hiện nay trên thế giới, có 2 hướng
chế biến gỗ đã được khẳng định là nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao
chất lượng gỗ.
Từ cuối thế kỷ 20, các công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy, xẻ hiện đại
đã phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ.
Việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tính năng cơ, vật lý gỗ đã và đang
được quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo xu hướng này, hiện có 5
phương pháp biến tính gỗ, đó là nhiệt-cơ; nhiệt-hoá-cơ; hoá-cơ; hoá học và bức
xạ-hoá học. Mục đích của các phương pháp trên đều nhằm nâng cao khối lượng
thể tích và độ bền của gỗ.
Ở Việt Nam nhu cầu gỗ gia tăng mạnh mẽ, cả cho tiêu dùng nội địa và
xuất khẩu. Năm 2004 kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ đạt 1,06 tỷ USD, theo

đó Chính phủ đã xếp sản phẩm gỗ vào nhóm 10 mặt hàng xuất khẩu chiến lược.
Khó khăn hiện nay của Việt Nam là vấn đề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập
khẩu 80% nguyên liệu cho nhu cầu, trong đó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất
lượng cao chiếm tỷ lệ rất lớn. Nhưng trong tương lai gần nhập gỗ càng khó khăn
vì nhiều nước ở nhiệt đới sẽ cấm xuất khẩu gỗ. Cuối năm 2004 Malaysia và
Indonesia đã thực hiện chủ trương không xuất khẩu gỗ rừng tự nhiên.
Trong khi đó, với nỗ lực của các chương trình trồng rừng, chúng ta đã có
được một sản lượng lớn gỗ rừng trồng. Các loài cây rừng trồng, bên cạnh ưu


2

im tng trng nhanh, cú kh nng tỏi sinh, nhng cũn hn ch bi g mm,
khi lng th tớch nh, bn thp.
T thc t nhu cu nguyờn liu g rt ln, g rng t nhiờn quý him
phc v ch bin sn phm mc truyn thng, mc xõy dng, mc cao cp ngy
cng him, trong khi chỳng ta ang sn cú lng ln g rng trng, vỡ vy vic
nghiờn cu nõng cao cht lng g rng trng l yờu cu cp bỏch t ra.
Vi mong mun gúp phn vo vic a dng hoỏ loi hỡnh sn phm, gúp
phn vo to ra cỏc sn phm mi thay th g rng t nhiờn, chỳng tụi thc
hin ti: "NGHIÊN CứU ảNH hưởng của nồng độ và thời gian ngâm polyetylenglycol (peg) đến
một số tính chất cơ học CHủ YếU của gỗ keo lá tràm (Acacia

auriculiformis)".


3

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Lịch sử nghiên cứu về biến tính gỗ bằng phương pháp ổn định kích

thước
1.1.1. Trên thế giới
Gỗ là vật liệu xốp - 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 việc nâng
cao chất lượng gỗ đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm là
tìm các giải pháp nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ.
Trên thế giới, công nghệ biến tính gỗ không còn là lĩnh vực mới, nó được
phát triển sớm ở Châu Âu. Với mục đích sử dụng gỗ và vật liệu gỗ một cách
hiệu quả, ở các nước phát triển trên thế giớí như Mỹ, Nga, Nhật, EU trong
những năm qua đã tiến hành nghiên cứu và áp dụng vào sản xuất các biện pháp
nâng cao tính ổn định của gỗ theo một số xu hướng sau: Biến tính theo hướng
chống cháy; biến tính theo hướng chống ẩm; cải thiện các tính chất cơ học của
gỗ mọc nhanh rừng trồng để cho nó ít biến dạng và bền với môi trường (phương
pháp cụ thể là nhiệt cơ, hoá nhiệt cơ, cơ và enzim); xử lý ván mỏng để tạo ra ván
LVL có chất lượng tốt; xử lý dăm gỗ để tạo ra ván dăm, ván OSB, MDF và HDF
có chất lượng cao.
Năm 1930, ở Liên Xô các nhà khoa học đã nghiên cứu ép gỗ tạo ra thoi
dệt và tay đập của máy dệt. Sau đó, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp
này để tạo ra những chi tiết chịu mài mòn, tự bôi trơn, sử dụng trong ô tô, máy
nông nghiệp. Gỗ nén theo phương pháp này tạo ra vật liệu không ổn định hình
dạng, độ ổn định kích thước kém. Để khắc phục các nhà khoa học đã nghiên cứu
đưa vào trong gỗ các hoá chất dưới dạng monome hoặc polyme. Năm 1936, một
số nhà khoa học Liên Xô đã đưa vào gỗ dung dịch Bakelit 5-10%. Vào năm


4

1966, G.B.klard đã dùng dung dịch Phuphurol spirt tẩm vào gỗ tạo ra vật liệu có

tính cơ học cao.
Năm 1972, phòng thí nghiệm sản phẩm lâm sản của Mỹ (FPL) bắt tay
nghiên cứu ứng dụng Acetol hoá đối với vật liệu gỗ. Năm 1980, xử lý Acetol
hoá bắt đầu ứng dụng sản xuất ván nhân tạo. Năm 1981. Nhật Bản đã thu được
thành công tiến hàn xử lý Acetol hoá gỗ với quy mô sản xuất công nghiệp, giới
công nghiệp gỗ Nhật Bản đã mở rộng vật liệu Acetol hoá, mà kích thước của nó
rất ổn định mặt cho độ ẩm tương đối của môi trường thay đổi lớn, được dùng
rộng rãi làm tường vách của buồng tắm, cửa hoặc ván sàn.
Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô đã dùng tia chiếu
xạ gây phản ứng đa tụ ở các đơn thể tẩm vào trong gỗ (một số cao phân tử lượng
thấp hoặc cacbua hydro không bão hoà có cầu đôi) làm cho các hoá chất kết hợp
với gỗ và đóng rắn lại tạo nên các sản phẩm chất lượng cao, gọi là gỗ Polyme
phức hợp, viết tắt là WPC. Gỗ được xử lý WPC có tính ổn định kích thước cao
hơn rõ rệt so với gỗ nguyên. Tính kháng ẩm của gỗ được xử lý WPC cũng tăng.
Do tính ổn định kích thước của WPC là rất tốt, tính cơ học, chịu mài mòn và
chịu uốn cũng tăng nên nó là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong kiến trúc,
trong công nghiệp, đồ mộc mỹ nghệ và dụng cụ văn thể.
Tại Hội thảo công nghệ biến tính gỗ ở Châu Âu được tổ chức lần 1 vào
tháng 3 năm 2003 tại Bỉ và lần 2 vào tháng 10 năm 2005 tại Đức đã có nhiều
công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Châu Âu do GS. W.Hotman
(Netherlands) chủ trì đã đề cập đến vấn đề nâng cao tính ổn định kích thước gỗ
sử dụng Anhydric và khẳng định xu hướng này cần phải được nghiên cứu và
hoàn thiện trong tương lai. Ở Thuỵ Điển, Nhật Bản đã có các nhà máy xử lý gỗ
bằng Acetyl hoá kết hợp với công nghệ vi sóng đang được sản xuất với số lượng
lớn các sản phẩm gỗ sử dụng Anhydric acetic đã được nghiên cứu từ những năm
1960, đến nay vẫn tiếp tục hoàn thiện công nghệ và triển khai vào sản xuất.


5


Lịch sử nghiên cứu xử lý Acetyl hoá bắt đầu từ năm 1946, học giả người
Mỹ Stamm đầu tiên đăng trên tạp chí nghiên cứu chuyên ngành, vào những năm
từ 1946 - 1961 cố gắng đưa vào sản xuất công nghiệp hoá xử lý Acetyl hoá gỗ
của Mỹ và Nhật Bản nhưng chưa thành công. Năm 1972, phòng thí nghiệm sản
phẩm Lâm sản của Mỹ (FPL) lại bắt tay nghiên cứu ứng dụng Acetyl hoá đối
với vật liệu gỗ. Năm 1980, xử lý Acetyl hoá bắt đầu ứng dụng sản xuất ván nhân
tạo; năm 1981 Nhật Bản đã thu được thành công tiến hành xử lý Acetyl hoá gỗ
với quy mô sản xuất công nghiệp, giới công nghiệp gỗ Nhật Bản đã mở rộng vật
liệu Acetyl hoá, mà kích thước của nó rất ổn định mặc cho độ ẩm tương đối của
môi trường thay đổi lớn, được dùng rộng rãi làm tường vách của buồng tắm, cửa
hoặc ván sàn. Điểm ưu việt hơn của xử lý Acetyl hoá với phương pháp xử lý hoá
học khác là không làm ô nhiễm môi trường. Phương Tây đã xử lý dăm gỗ và bột
bởi TDI tướng khí phát hiện phản ứng xảy ra giữa thành phần của vách tế bào
với Ureathan. Xử lý chống trương nở trước Pyridin mà làm cho phản ứng tăng
nhanh tuỳ thuộc hàm lượng Nitơ tăng lên trong gỗ được xử lý thì tính hút ẩm
của nó và tính ổn định kích thước cũng được cải thiện rõ rệt.
Nghiên cứu của Rowell chứng tỏ khi xử lý Cyanat sấy gỗ khô có thể thay
thế nhóm OH của thành phần gỗ trong vách tế bào từ đó mà thu được tính ổn
định kích thước cao độ, đôi khi độ thay thế quá lớn tức là tốc độ tăng thể tích
quá nhiều, ngược lại sẽ dẫn đến sự phá hoại của vách tế bào ASE của gỗ giảm
xuống, phản ứng cần được tiến hành thích đáng. Minato xử lý bằng khí Formol
trong điều kiện không có nước với tốc độ phản ứng tối ưu đồng thời dùng Acid
Clohydric và SO2 làm chất xúc tác (chất sau có tính ăn mòn thiết bị xử lý gỗ ít
hơn), dùng Formol thể khí làm nguồn để xử lý ván sợi MDF thì tỷ lệ trương nở
của ván có thể nâng cao 60%, ở trạng thái trương nở trong nước thì MOR và
MOE của ván cũng tăng lên.
Biến tính nguyên liệu gỗ rừng trồng để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao
đang là xu thế phát triển của ngành chế biến gỗ trên toàn thế giới.



6

1.1.2. Trong nước
Hiện nay ngành chế biến lâm sản đang trên đà phát triển; tuy nhiên cũng
phải nhìn thấy một thực trạng là nguyên liệu gỗ nhập khẩu từ các nước trong
khu vực, châu Mỹ, châu Phi đã chiếm 80 - 85% trong khi đó nguồn nguyên liệu
trong nước đã cạn kiệt hoặc chưa đáp ứng được yêu cầu về sản xuất đồ mộc có
chất lượng cao. Do vậy, việc cung cấp đủ nguyên liệu cho nhu cầu phát triển của
ngành chế biến gỗ và lâm sản đang là một trong những vấn đề cấp thiết hiện
nay. Có hai hướng giải quyết vấn đề này, đó là: Phát triển nhanh diện tích rừng
nguyên liệu và nhanh chóng nghiên cứu, áp dụng các biện pháp công nghệ nâng
cao tính chất nguyên liệu gỗ rừng trồng thay thế nguồn nguyên liệu truyền
thống. Đáp ứng yêu cầu đó thì công nghệ biến tính gỗ có vai trò và ý nghĩa to
lớn. Điều này mở ra cho các nhà khoa học những hướng nghiên cứu nhằm nâng
cao chất lượng sử dụng gỗ, có hiệu quả và bền lâu.
Mục tiêu cơ bản của Công nghệ biến tính gỗ ở Việt Nam hiện nay là nâng
cao khối lượng thể tích của gỗ, nâng cao khả năng ổn định hình dạng, kích thước
của sản phẩm đồng thời tăng khả năng chịu lực của gỗ biến tính.
Ở Việt Nam, công nghệ biến tính gỗ được đưa vào từ những năm 1987 1988, với mục tiêu nghiên cứu sử dụng gỗ để tạo ra thoi dệt đáp ứng yêu cầu của
ngành dệt, thay thế các loại thoi nhập ngoại có giá nhập cao.
Tại trường Đại học Lâm Nghiệp, đi đầu là các giáo viên và sinh viên
Khoa Chế biến lâm sản đã nghiên cứu một số phương pháp biến tính gỗ như:
ngâm thường, ngâm tẩm nóng lạnh, tẩm áp lực chân không
Trần Văn Chứ “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị biến tính gỗ có khối
lượng thấp thành nguyên liệu chất lượng cao”.
Hoàng Tiến Đượng “Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến tính ổn
định kích thước của gỗ Keo tai tượng”.
Tạ Thị Phương Hoa “Nâng cao tính ổn định kích thước của gỗ Keo lá
tràm bằng phương pháp xử lý nhiệt kết hợp với quá trình Axetyl hoá”.



7

Bùi Thị Tuyết Nhung “Tìm hiểu một số giải pháp nâng cao khối lượng,
thể tích gỗ và tiến hành nâng cao khối lượng thể tích gỗ bằng nhựa Novolac”.
Nguyễn Thị Yên “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm
amoniac (NH3) đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính”.
1.1.3. Nhận xét và định hướng nghiên cứu
Qua điều tra về các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế
giới và trong nước chúng tôi thấy:
Trên thế giới, đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về biến tính gỗ và
nhiều nhà máy sản xuất ra gỗ biến tính. Tuy nhiên, cũng phải khẳng định rằng:
gỗ biến tính vẫn được sử dụng còn hạn chế. Cũng có nhiều nguyên nhân, trong
đó một nguyên nhân hết sức quan trọng là khí hậu ở đó ít khắc nghiệt hơn các
nước nhiệt đới. Mặt khác, các thông tin về biến tính gỗ chúng ta nhận được còn
hết sức chung chung, không thể ứng dụng ngay vào thực tế sản xuất. Vì vậy, cần
có những nghiên cứu tiếp theo là hết sức cần thiết.
Ở trong nước, công nghệ này bước đầu được các nhà khoa học trong nước
quan tâm. Tuy nhiên, trong các đề tài nghiên cứu về biến tính, các tác giả nghiên
cứu biến tính gỗ theo phương pháp hóa dẻo - nén ép, hóa - nhiệt cơ... là dựa trên
cơ sở thực nghiệm để tìm ra sự ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ, lượng hóa
chất, thời gian tẩm... đến chất lượng gỗ biến tính chứ chưa tìm ra, thể hiện được
mối tương quan giữa các yếu tố đó với chất lượng gỗ biến tính một cách đầy đủ,
sâu sắc và mang tính khoa học. Việc áp dụng các phương pháp biến tính vào các
loại gỗ khác nhau vẫn là những đề tài nghiên cứu, vả lại cơ sở khoa học vẫn
chưa được xây dựng có hệ thống.
Vì vậy, công trình này đi theo hướng biến tính gỗ bằng phương pháp dùng
hoá chất làm tăng tính chống chịu môi trường (đặc biệt là khả năng chịu ẩm) là
hết sức cần thiết và có ý nghĩa.
Để tăng cao khả năng ổn định kích thước cho những loại gỗ này, một số

biện pháp kĩ thuật đã được nghiên cứu áp dụng. Trong số các biện pháp đó, thì
biện pháp sử dụng Polyetylenglycol (PEG) được các nhà chế biến gỗ dùng phổ


8

biến và rộng rãi nhất. PEG là một polyme của etylenglycol. Polyme thích hợp
nhất để ổn định kích thước có số lượng phân tử trung bình 1000, và được viết
thành PEG-1000. PEG-1000 ổn định kích thước gỗ bằng cách ngăn cản sự co rút
của gỗ. Khi gỗ ở trạng thái tươi hoặc ướt, được ngâm trong dung dịch PEG1000, thì các phân tử PEG-1000 sẽ thay thế các phân tử nước trong vách tế bào.
Chúng vẫn nằm lại trong vách tế bào khi gỗ khô và "làm trương" vách tế bào,
nhờ đó nó giữ cho kích thước của gỗ luôn ở trạng thái trương nở hoàn toàn.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu về lí luận
- Xác định những yếu tố công nghệ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm gỗ
biến tính theo phương pháp nâng cao tính ổn định kích thước với gỗ Keo lá
tràm;
- Tạo ra các sản phẩm mới có chất lượng cao từ gỗ mọc nhanh, rừng trồng.
Qua đó đưa ra một số cải tiến về mặt kỹ thuật trong ngành Chế biến Lâm sản,
khi áp dụng vào sản xuất sẽ là động lực làm hạ giá thành và thúc đẩy ngành Chế
biến Lâm sản phát triển.
1.2.2. Mục tiêu kỹ thuật
- Đánh giá được ảnh hưởng của Polyetylenglycol (PEG) đến chất lượng
của gỗ biến tính từ gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis);
- Tìm ra quy trình công nghệ biến tính ổn định kích thước gỗ từ
Polyetylenglycol (PEG) phù hợp với điều kiện Việt Nam;
- Tìm ra nồng độ, thời gian tẩm tối ưu để tạo ra gỗ biến tính có chất lượng
đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn gỗ dùng trong sản xuất đồ mộc.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Các yếu tố cố định

- Nguyên liệu gỗ: Gỗ Keo lá tràm - Acacia auriculiformis;
- Kích thước mẫu thử;
- Hoá chất Polyetylenglycol (PEG);


9
- Phương pháp ngâm ở nhiệt độ thường (300C).
1.3.2. Các yếu tố thay đổi
Căn cứ vào sự hợp lý giữa loại gỗ và hoá chất, luận văn áp dụng phương
pháp ngâm thường để đưa hoá chất vào trong gỗ với các cấp nồng độ và thời
gian tẩm thay đổi như sau:
- Nồng độ tẩm: 10%; 20% và 30%.
- Thời gian tẩm: 3 ngày; 7 ngày và 11 ngày.
1.4. Nội dung nghiên cứu
Căn cứ vào mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận văn, chúng tôi xác
định các nội dung chính sau:
- Tìm hiểu về một số giải pháp ổn định kích thước gỗ;
- Thực nghiệm ổn định kích thước gỗ bằng hoá chất PEG (Polyetylenglycol);
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ PEG, thời gian tẩm đến chất lượng
gỗ biến tính.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được nội dung nghiên cứu trên, luận văn sử dụng một số phương
pháp nghiên cứu sau:
1.5.1. Phương pháp kế thừa
Để tìm hiểu công nghệ biến tính gỗ và các giải pháp biến tính ổn định
kích thước gỗ tôi tiến hành điều tra, tìm hiểu và sưu tầm các tài liệu có liên
quan, từ đó đưa ra một giải pháp biến tính ổn định kích thước gỗ cụ thể để
nghiên cứu thực nghiệm.
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Ngày nay, để giải quyết các bài toán trong kỹ thuật, người ta thường sử

dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà ít sử dụng phương pháp lý thuyết
thuần tuý. Tuy nhiên, trong nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp nghiên cứu cổ
điển chỉ cho phép tìm kiếm các mối phụ thuộc đơn định giữa chỉ tiêu đánh giá và


10

yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ
ảnh hưởng của từng yếu tố và sự tác động qua lại giữa chúng với nhau.
Nội dung của phương pháp quy hoạch thực nghiệm này là xác định ảnh
hưởng tới tham số đầu ra của quá trình nghiên cứu bởi một loạt các biến số.
Trong đó, tham số đầu ra ký hiệu là Yi, các yếu tố ảnh hưởng ký hiệu là Xi. Đây
là những yếu tố có thể lượng hoá, đo đếm và điều khiển được. Đối với tham số
đầu ra, khi không biết trước dạng của nó thì nên thực hiện từ quy hoạch thực
nghiệm bậc nhất, sau đó kiểm tra mô hình thu được bằng các tiêu chuẩn thống
kê, nếu không phù hợp thì chuyển sang mô hình quy hoạch thực nghiệm bậc hai.
Quy hoạch thực nghiệm bậc nhất.
- Các dạng kế hoạch thực nghiệm bậc nhất:
+ Quy hoạch thực nghiệm các yếu tố toàn phần (đầy đủ):
Mô hình thực nghiệm bậc nhất với các yếu tố toàn phần có dạng:
Y = b0 + b1X1 + b2X2 +... bnXn
Trong đó:

(1.1)

b0 - Số hạng tự do
b1, b2, ...bn - Hệ số hồi quy tuyến tính
Xi , Xn - Các yếu tố ảnh hưởng ( Số biến )
Y - Tham số đầu ra
i - Các yếu tố, i = 1 ; 2 ; ....n


Các thí nghiệm được thực hiện với toàn bộ các mức của các yếu tố. Số thí
nghiệm (N) phụ thuộc vào số lượng các yếu tố theo hai mức và được tính bằng
công thức: N = 2n
+ Quy hoạch thực nghiệm tuyến tính rút gọn:
Kế hoạch thực nghiệm toàn phần có nhược điểm là khi thông số đầu vào
tăng, thì số điểm thí nghiệm tăng lên rất lớn, kế hoạch trở nên cồng kềnh, tốn
kém. Vì vậy, người ta đưa ra các loại thực nghiệm rút gọn trong đó số lượng thí
nghiệm N được tính như sau: N = 2n-p ;(p là bậc rút gọn).


11

- Các yếu tố ảnh hưởng và khoảng xác định của chúng:
Trong nghiên cứu thực nghiệm, các yếu tố ảnh hưởng được chọn phải là
những yếu tố ảnh hưởng rõ nét tới mục tiêu nghiên cứu và có thể điều khiển, đo
đếm được. Khoảng xác định tổng quát của các yếu tố ảnh hưởng được xác định
như sau:
Ximin < Xi < Ximax
Trong đó: Ximin - mức dưới; Ximax - mức trên.
Giữa hai mức trên và dưới, ta lấy mức trung gian (Mức cơ sở: Xi0). Giá trị
mức này được tính như sau:
Xi0 = ( Ximin + Ximax )/ 2
Khoảng biến động của các yếu tố:

(1.2)

Li = Ximax - Xio = Xi0 - Ximin

(1.3)


Để thuận tiện, các giá trị của yếu tố tự nhiên (Xi) có thể viết dưới dạng toạ
độ (xi). Khả năng này, cho phép viết quy hoạch thực nghiệm dưới dạng tổng
quát mà không phụ thuộc vào giá trị vật lý của quá trình nghiên cứu.
Để chuyển từ dạng tự nhiên sang dạng toạ độ, ta sử dụng công thức:
xi = ( Xi - Xi0 )/ Li

(1.4)

Khi đó các mức của yếu tố ảnh hưởng dưới dạng toạ độ sẽ là các giá trị:
+1 (mức trên); 0 (mức cơ sở); -1 (mức dưới)
- Lập ma trận thực nghiệm:
Ma trận thực nghiệm bậc nhất là một bảng có số cột bằng số biến và tổ
hợp chập đôi của chúng, số hàng bằng số thí nghiệm N. Trong đó, các biến được
ghi ở dạng mã hoá( +1; -1 )
- Xử lý kết quả thí nghiệm:
Số liệu thí nghiệm thu được cùng với các hệ số của phương trình hồi quy
tìm ra theo các công thức sau đây:
1
bo 
N

N



j 1

y


j

;

bi 

1
N

N



j 1

x ji . y

j

;

(1.5)


12

Trong đó: i = 0,1,2,....n ( số biến)
+ Kiểm tra tính đồng nhất của các phương sai:
Tính đồng nhất của các phương sai kiếm tra theo tiêu chuẩn Kohren:
GP ≤ G


(1.6)

Gp - Giá trị tính toán; Gb - Giá trị tra bảng theo mức có nghĩa , bậc tự do 
và k.
+ Kiểm tra tính có ý nghĩa của các hệ số hồi quy:
Các hệ số hồi quy b0, bi, bii, bij kiểm tra theo tiêu chuẩn Student.
b i  t .S

hoặc

bi

T



t

b

(1.7)

Trong đó: bi - Các hệ số của phương trình hồi quy; tb - Tiêu chuẩn
Student tra bảng với  = 0.05 và bậc tự do  = N(m -1); N - Số thí nghiệm; m số lần lặp lại; T - Trị số tiêu chuẩn Student tính toán; Sbi - Phương sai của hệ số
thứ i
- Kiểm tra tính tương thích của mô hình toán học:
Tính tương thích của mô hình toán học, được kiểm tra theo tiêu chuẩn
Fisher:


Fp Fb. Trong đó:

Fb - Giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng;

Fp - Giá trị của biểu thức Fisher theo tính toán.
Sau khi kiểm tra số liệu thí nghiệm và mô hình thực nghiệm bằng các tiêu
chuẩn trên, nếu kết quả quy hoạch thực nghiệm tuyến tính chứng tỏ mô hình bậc
nhất không tương thích thì ta phải tiến hành thực nghiệm bậc hai.
Quy hoạch thực nghiệm bậc hai.
Phương trình tương quan bậc hai có dạng:
Y  b0 

n

bx
i 1

i

i



n

n

i 1

i 1


b

ij

xi x j

(1.8)


13

- Các dạng kế hoạch thực nghiệm bậc hai: Hiện nay, có nhiều dạng kế
hoạch thực nghiệm bậc hai như: kế hoạch Keeferi J, kế hoạch trực giao, Box
wilson, kế hoạch H.O Hartley. Tuỳ theo yêu cầu của thí nghiệm và số lượng
yếu tố ảnh hưởng mà lựa chọn kế hoạch thực nghiệm phù hợp.
+ Số lượng thí nghiệm được tính toán theo công thức:
N = N1 + N + N0
Trong đó:

(1.9)

N1 - Các thí nghiệm phần nhân; N1 = 2n ; N - Các thí

nghiệm phần mở rộng (N = 2.n); N0 - Các thí nghiệm phần tâm (N0 = 1).
+ Kế hoạch thực nghiệm bậc hai được thực hiện với các mức: mức trên
(+1); mức dưới (-1); mức trung gian ( 0) và hai mức sao + ; -.
+ Tay đòn điểm sao : là khoảng cách từ tâm thí nghiệm tới các điểm
sao được tính theo công thức sau:


=

2 n  p  2 (2 n  p  2n  1)  2 n  p 1

(1.10)

Trong đó: p - Số yếu tố rút gọn; n - Là số yếu tố ảnh hưởng.
- Lập ma trận thực nghiệm: Ma trận thực nghiệm với quy hoạch thực
nghiệm bậc hai là một bảng bao gồm các giá trị yếu tố ảnh hưởng được mã hoá
dưới dạng tọa độ: +1, -1, 0, +, - với số hàng bằng số thí nghiệm N, số cột
bằng số yếu tố ảnh hưởng và tổ hợp chập đôi của chúng.
- Xử lý kết quả thí nghiệm: Tương tự như quy hoạch thực nghiệm bậc
nhất, số liệu thực nghiệm và các hệ số của phương trình hồi quy thu được phải
được kiểm tra theo những tiêu chuẩn thống kê.
- Kiểm tra tính tương thích của mô hình toán học:
Tính tương thích của mô hình toán học kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher:
Fp  Fb.

(1.11)

Trong đó: Fb - Giá trị Fisher tra bảng; Fp - Giá trị biểu thức Fisher tính toán.


14

Đề tài sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai;
Để tiến hành ngâm tẩm gỗ trong dung dịch hoá chất PEG. Các thí nghiệm
được bố trí độc lập với nhau theo từng cấp nồng độ và thời gian.
Ma trận quy hoạch thực nghiệm, mức và bước thay đổi các thông số thí
nghiệm được trình bày ở bảng 1.1 và 1.2.

Bảng 1.1: Mức, bước thay đổi các thông số thí nghiệm
Các mức

Giá trị thực
X1 (%)
X2 (ngày)
30
11
20
7
10
3

Giá trị mã

Mức trên
Mức giữa
Mức dưới

+
0
-

Bảng 1.2: Ma trận quy hoạch thực nghiệm
No

X1

X2


Nồng độ (%)

τ (ngày)

1

+

+

30

11

2

-

+

10

11

3

+

-


30

3

4

-

-

10

3

5

+

0

30

7

6

-

0


10

7

7

0

+

20

11

8

0

-

20

3

9

0

0


20

7

Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Cắt mẫu theo tiêu chuẩn
Bước 2: Ngâm mẫu trong dung dịch PEG theo nội dung thí nghiệm
Bước 3: Sấy mẫu ở nhiệt độ 600C trong 3 giờ để gỗ ổn định, sau đó tăng
nhiệt độ lên 1030C và sấy đến khi mẫu khô kiệt
Bước 4: Tiến hành thử mẫu theo tiêu chuẩn


15
1.5.3. Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ
Phương pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes đề xướng và được sử dụng để
giải bài toán tối ưu đa mục tiêu. Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu được
đưa về bài toán một mục tiêu như sau:
Y1  min (với Yj(xi) <j, j1 ; i=1, 2,….,m).
Hàm mục tiêu được biểu diễn qua phiếm hàm Lagrăngiơ dạng tổng:
m





F ( x,  )  Y1 ( x)    ji Y j ( x)   j ; j  1

(1.12)

j 1


Trong đó: ji gọi là nhân tử Lagrăngiơ, có ý nghĩa như hàm trao đổi;
ji = F/Yj, với xX và j>0.
Tại điểm tối ưu: Y1 (x*, *) = F (x*, *) và F/xj = 0; F/ji = 0.
Do đó giải hệ (n+m) phương trình:
F/xi = 0; i = 1, 2,…n.

(1.13)

Yj - j = 0; j = 1, 2,…m.
đối với các ẩn xi và ji sẽ tìm được các giá trị: x*1, x*2,...., x*n xác định cực trị
của hàm mục tiêu F. Căn cứ vào giá trị của ji* người xử lý số liệu chọn các giá
trị j để tìm lời giải phù hợp.
1.5.4. Phương pháp kiểm tra các tính chất của gỗ biến tính
a) Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá ổn định kích thước
(1) Hệ số chống trương nở - ASE (Antiswelling efficient).
Hệ số chống trương nở nghĩa là tỷ lệ giảm, tỷ lệ giãn nở của mẫu đã xử lý
so với mẫu đối chứng. Hệ số chống trương nở - ASE được xác định theo công
thức: ASE 

V0  V PEG
.100%
V0 .

Trong đó:

V0: Tỷ lệ trương nở thể tích của gỗ chưa được xử lý PEG.

(1.14)


VPEG: Tỷ lệ trương nở thể tích của gỗ đã qua xử lý PEG.
ASE > 0: Quá trình xử lý đạt hiệu quả.
ASE = 100%: Vật liệu hoàn toàn ổn định.
ASE = 0%: Quá trình xử lý không có hiệu quả gì đối với sự ổn định kích
thước.


16

ASE < 0: Quá trình xử lý có kết quả ngược lại đối với sự ổn định kích
thước.
(2): Tỷ lệ co rút, dãn nở của gỗ sau biến tính:
- Tỷ lệ co rút theo phương xuyên tâm;
- Tỷ lệ co rút theo phương tiếp tuyến;
- Tỷ lệ co rút theo phương dọc thớ.
b) Kiểm tra các tính chất cơ lý của gỗ
(3) Kiểm tra tỷ lệ PEG trong gỗ.
(4) Kiểm tra ứng suất nén dọc thớ.
Ứng suất nén dọc thớ được xác định theo công thức:
 ND 

Trong đó:

Pm

( KG / cm 2 )

a.b

(1.15)


Pmax: Giá trị lực phá huỷ (KG)
a.b: Kích thước tiết diện ngang (cm2)

(5) Kiểm tra ứng suất uốn tĩnh:
Ứng suất uốn tính được tính theo công thức:
 nt 

Trong đó:

3Pm .l
2b.h

2

( KG / cm 2 )

(1.16)

Pmax: Giá trị lực phá huỷ (KG); b, h: Chiều rộng và chiều cao của

mẫu (cm); l: Cự ly 2 gối của máy thử cơ lý (cm): l = 24 cm.
c) Kiểm tra độ bền bám dính của màng trang sức (sơn PU)
Phương pháp kiểm tra: Để kiểm tra và đánh giá khả năng bám dính của
màng phủ P – U chúng tôi sử dụng tiêu chuẩn GB/T 15102 – 94. Phương pháp
kiểm tra bằng cách kẻ ô vuông.
Các thông số của dao: Góc mài của dao từ (20  40)0; Độ mỏng của lưỡi
dao: 0.43 mm; Lực kẻ: (1.5  3.0) N.
Tiến hành kẻ 100 ô vuông: 1 x 1 mm, mỗi đường kẻ dài 35 mm.



×