NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH HÚT NƯỚC VÀ ĐỘ DÃN NỞ CỦA GỖ CAO SU BIẾN TÍNH NHIỆT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
******************

TRẦN VĂN PHÁT

NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH HÚT NƯỚC VÀ ĐỘ DÃN NỞ CỦA
GỖ CAO SU BIẾN TÍNH NHIỆT

LUẬN VĂN TỐT NGHỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHẾ BIẾN LÂM SẢN

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 06/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH

************

TRẦN VĂN PHÁT

NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH HÚT NƯỚC VÀ ĐỘ DÃN NỞ CỦA GỖ CAO SU
BIẾN TÍNH NHIỆT

Ngành: Chế Biến Lâm Sản

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: PGS.TS. ĐẶNG ĐÌNH BÔI

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 6/2012

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm, thầy, cô khoa Lâm Nghiệp
và thầy cô bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã giảng dạy tôi trong suốt quá trình
học tập tại trường.
Thầy Đặng Đình Bôi và thầy Hoàng Văn Hòa giảng viên bộ môn Chế
Biến Lâm Sản đã hướng dẫn tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản công nghệ Giấy và Bột
Giấy Trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh nơi tôi thực hiện nghiên
cứu, giúp tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Ban giám đốc và tấc cả các cô, chú, anh chị cán bộ, công nhân viên
trong công ty Cổ Phần Sáng Tạo Bình Dương, công ty Chế Biến Lâm Sản
Trường Tiền đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cùng tấc cả các bạn lớp K34 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học
tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu về tính hút nước và độ dãn nở của gỗ Cao su biến tính
nhiệt” được tiến hành tại trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản công nghệ giấy và
bột giấy, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh. Thời gian từ ngày 10 - 2 đến

ngày 20 - 5 năm 2011.
Gỗ Cao su tươi sau khi mang về được gia công đúng kích thước, mất khoảng 1
tuần để hoàn thành quá trình nung và xử lý phần nguyên liệu làm đối chứng, sau khi
thu được sản phẩm gỗ Cao su biến tính, sau 1 tuần tôi bắt đầu thử các tính chất vật
lý cho mẫu biến tính và mẫu không biến tính.
Kết quả đạt được:
Các thông số công nghệ biến tính:
 Nhiệt độ biến tính: 1600C
 Thời gian biến tính: 4 giờ
Gỗ cao su sau khi được biến tính nhiệt đạt được các chỉ tiêu vật lý sau:
 Tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến: 1,22%
 Tỷ lệ dãn nở theo chiều xuyên tâm: 0,78%
 Tỷ lệ dãn nở theo chiều dài: 0,47%
 Độ hút nước: 63,56%.
So với gỗ Cao su khi không biến tính thì:

 Độ hút nước giảm 39,57%
 Tỷ lệ dãn nở chiều tiếp tuyến giảm 83,12%
 Tỷ lệ dãn nở chiều xuyên tâm giảm 76,29%
 Tỷ lệ dãn nở theo chiều dài giảm 25,39%

iii


MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA............................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii 
MỤC LỤC .................................................................................................................. iv 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ................................................ vi 
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................vii 
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... viii 
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ .................................................................................. ix 
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 1 
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 1 
1.2. Mục tiêu – mục đích nghiên cứu. ................................................................ 2 
1.2.1. Mục đích nghiên cứu. ............................................................................... 2 
1.2.2. Mục tiêu nghiên cứu. ................................................................................ 2 
1.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2 
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .............................................................. 2 
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu. .............................................................................. 2 
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. ................................................................................. 5 
Chương 2: TỔNG QUAN ........................................................................................... 6 
2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu.................................................................. 6 
2.1.1. Tình hình nghiên cứu biến tính nhiệt gỗ trên thế giới. ............................. 6 
2.1.2. Tình hình nghiên cứu biến tính trong nước. ........................................... 10 
2.2. Cơ sở lý thuyết về công nghệ biến tính gỗ ................................................ 11 

iv


2.2.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................ 11 
2.2.2. Giới thiệu một số phương pháp biến tính gỗ .......................................... 15 
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính. .................................. 17 
2.3.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu gỗ............................................................... 17 
2.3.2. Ảnh hưởng của quá trình xử lý. .............................................................. 17 
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 20 
3.1. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 20 
3.2. Phương pháp xử lý số liệu. ........................................................................ 21 

3.3. Phương pháp nghiên cứu. .......................................................................... 21 
3.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu ........................................................... 21 
3.3.2. Phương pháp nghiên cứu. ....................................................................... 22 
3.4. Phương pháp biến tính: ............................................................................. 25 
3.4.1. Giới hạn các yếu tố nghiên cứu: ............................................................. 25 
3.4.2. Tiến hành thí nghiệm .............................................................................. 26 
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 27 
4.1. Kết quả....................................................................................................... 27 
4.1.1. Độ hút nước ............................................................................................ 27 
4.1.2. Tỷ lệ dãn nở theo các chiều thớ. ............................................................. 29 
4.2. Xác định các thông số công nghệ tối ưu. .................................................. 33 
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 35 
5.1. Kết luận ..................................................................................................... 35 
5.2. Kiến nghị. .................................................................................................. 35 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 37 
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 39 

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
Chữ viết tắc và kí hiệu

Ý nghĩa

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

STT

Số thứ tự

GTTB

Giá trị trung bình

TB

Trung bình

KBT

Không biến tính

MOE (Modulus of Elasticly)

Độ bền uốn tĩnh

EMC (Equilibrum Moisture Constant)

Độ ẩm thăng bằng

MOR (Modulus of Rigidity)

Modul phá hủy
Độ lệch chuẩn.

S

Phương sai.

T

Chiều tiếp tuyến

X

Chiều xuyên tâm

L

Chiều dọc thớ

Yt

Tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến

Yx

Tỷ lệ dãn nở theo chiều xuyên tâm

Yl

Tỷ lệ dãn nở theo chiều dài

mo

Khối lượng khô kiệt của gỗ

ma

Khối lượng mẫu gỗ có nước

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Các dạng biến đổi cấu trúc khi có tác nhân xử lý .................................... 12 
Hình 3.2: Mẫu thử độ dãn nở. .................................................................................. 23 
Hình 3.3: Mẫu thử độ hút nước ................................................................................ 25 
Hình 4.1: Sự thay đổi màu sắc qua các cấp thời gian biến tính ............................... 27 

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của gỗ Cao su. ....................................................... 5 
Bảng 2.1 Chế độ xử lý nhiệt đối với gỗ Spruce, Norway ........................................... 9 
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu của mẫu biến tính. ................................................................ 22 
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của mẫu không biến tính. ..................................................... 22 
Bảng 4.1: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 2200C ........................... 28 
Bảng 4.2: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 2000C ........................... 28 
Bảng 4.3: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 1800C ........................... 28 
Bảng 4.4: Độ hút nước của gỗ Cao su biến tính ở nhiệt độ 1600C ........................... 28 
Bảng 4.5: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ cao su biến tính ở 2200C .............. 30 
Bảng 4.6: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ Cao su biến tính ở 2000C ............. 31 
Bảng 4.7: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ Cao su biến tính ở 1800C ............. 32 

Bảng 4.8: Giá trị trung bình tỷ lệ dãn nở của gỗ Cao su biến tính ở 1600C ............. 33 

viii


DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ
Trang
Biểu đồ 2.1: Các giai đoạn biến tính. ...................................................................... 18 
Biểu đồ 4.1: So sánh độ hút nước giữa gỗ biến tính và không biến tính.................. 29 
Biểu đồ 4.2: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 2200C và gỗ không biến tính ....... 30 
Biểu đồ 4.3: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 2000C và gỗ không biến tính ....... 31 
Biểu đồ 4.4: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 1800C và gỗ không biến tính ....... 32 
Biểu đồ 4.5: So sánh tỷ lệ dãn nở gỗ biến tính ở 1600C và gỗ không biến tính ....... 33 

ix


Chương 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc nghiên cứu về gỗ là hết sức quan trọng đối với ngành chế biến gỗ và hiện
nay trên thế giới việc nghiên cứu gỗ không chỉ dừng lại ở nghiên cứu đặc điểm sinh
trưởng, cấu tạo thô đại, cấu tạo hiển vi, tính chất vật lý, hóa học của mà còn phải
nghiên cứu định hướng sử dụng gỗ theo hướng nào cho thích hợp. Nhu cầu ngày
càng tăng về gỗ và vật liệu gỗ trong xuất khẩu cũng như tiêu dùng nội địa, sức ép
trong việc cân đối giữa bảo vệ tài nguyên rừng, kinh doanh rừng và thị hiếu người
tiêu dùng về gỗ và vật liệu gỗ đã đặt ra cho ngành chế biến lâm sản một nhiệm vụ
rất nặng nề. Vì vậy cần phải có một định hướng đúng cho sự cân bằng và phát triển
ổn định từ góc độ bảo vệ môi trường.
Hiện nay bên cạnh việc sử dụng các loại gỗ mọc nhanh ( rừng trồng) phổ biến

trên thế giới, thì xu hướng nghiên cứu biến tính theo hướng có lợi cho người tiêu
dùng, cho môi trường là hết sức cần thiết, vì bên cạnh những ưu điểm của gỗ rừng
trồng như mọc nhanh, khả năng tái sinh tự nhiên tốt, song tỷ trọng gỗ nhẹ, mềm và
độ bền cơ thấp hơn nhiều so với các loại gỗ rừng tự nhiên, đây là lý do ở những
thập niên trước đa số gỗ rừng trồng chỉ được sử dụng trong ngành sản xuất bột giấy,
ván dăm và sản xuất bao bì, hoặc những đồ mộc không có tính thẩm mỹ cao.
Các công nghệ biến tính gỗ khác nhau từ lâu đã được nghiên cứu và ứng dụng,
nhưng do giá thành gỗ biến tính và đòi hỏi của môi trường, nên chỉ gần đây mới
được áp dụng. Công nghệ biến tính gỗ (không độc hại) đang là một xu thế đòi hỏi
được nghiên cứu và ứng dụng. Đặc biệt các loại gỗ mềm, gỗ rừng trồng, ít giá trị,
như gỗ cao su, điều, thông, bạch đàn, keo lai,… được quan tâm nghiên cứu để cải
thiện chất lượng nâng cao giá trị mà an toàn với môi trường. Bởi vậy biến tính nhiệt

1


cho gỗ được phát triển như một phương pháp nhằm cải thiện các đặc tính bất lợi này
của gỗ rừng trồng. Gỗ biến tính nhiệt có thể cải thiện khả năng chịu nước, tính ổn
định kích thước, kháng nấm mốc mối mọt,….
Xuất phát từ nhận định này, được sự phân công của Khoa Lâm nghiệp tôi thực
hiện đề tài: “ Nghiên cứu về tính hút nước và độ dãn nở của gỗ Cao su biến tính
nhiệt”.
1.2. Mục tiêu – mục đích nghiên cứu.
1.2.1. Mục đích nghiên cứu.
Thay đổi một số chỉ tiêu tính chất vật lý của gỗ Cao su, nhằm cải thiện chất
lượng gỗ sau khi biến tính. Sản phẩm biến tính có ưu thế để sản xuất hàng mộc, đồ
gỗ dùng cho trẻ em và các sản phẩm an toàn với môi trường và con người trong
tương lai…
1.2.2. Mục tiêu nghiên cứu.
Xác định các thông số biến tính nhiệt cho gỗ Cao su, thông qua đó xác định

thông số nào tối ưu cho các chỉ tiêu về tỷ lệ dãn nở, độ hút nước.
Xác định chế độ biến tính hợp lý và qua đó đưa ra một số khuyến cáo khi xử
lý biến tính nhiệt cho gỗ Cao su.
1.3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát về nguyên liệu gỗ.
- Xác định tính chất cơ lý của gỗ Cao su trước và sau biến tính làm đối chứng.
- Xác định các thông số công nghệ biến tính.
- Đề xuất công nghệ biến tính gỗ.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng thí nghiệm đó là gỗ Cao su đã khai thác kiệt nhựa ở vùng tỉnh Bình
Dương.
Tên Việt Nam:

Cao su

Tên khoa học:

Hevea brasiliensis Mull Arg

Họ thầu dầu:

Euphorbiaceae

2


Tên thương mại:

Rubber wood – the rubber tree

Cây Cao su có nguồn gốc từ vùng Amazon (Nam Mỹ), phát triển mạnh ở
Đông Nam Á. Lần đầu tiên được trồng ở Java (Indonesia). Được đưa vào Việt Nam
trồng từ năm 1897. Hiện nay được trồng chủ yếu ở các tỉnh vùng Đông Nam Bộ và
Tây Nguyên (Đồng Nai, Bình Dương, Đắc Lắc, Gia Lai, Kum Tum…). Mục đích
trồng để lấy nhựa, sau khi hết tuổi khai thác cây được sử dụng trong công nghiệp
chế biến gỗ.
Trước đây ngành chế biến lâm sản chưa phát triển người ta trồng Cao su chủ yếu là
để lấy mủ, thân cây sử dụng làm chất đốt. Nhưng sau năm 1975, chính phủ nhận
thấy tầm quan trọng của thân cây Cao su, đối với nền kinh tế của nước nhà nên đã
và đang có kế hoạch phát triển cây Cao su. Bên cạnh đó chính phủ còn hạn chế và
tiến đến cấm khai thác rừng tự nhiên thì việc sử dụng gỗ rừng trồng càng trở nên
rộng rãi. Trong đó gỗ Cao su đang là mục tiêu của nhiều doanh nghiệp. Chính nhờ
sự phát triển của công nghệ sản xuất mà giá trị gỗ Cao su ngày được nâng cao và
hiện tại nó là loại cây được xem là góp phần quan trọng trong việc bảo vệ rừng tự
nhiên.


Đặc điểm hình thái
Cây có vỏ nhẵn màu nâu nhạt, lá thuộc dạng lá kép, mỗi năm rụng lá một lần,

quả là quả nang có 3 mảnh vỏ ghép thành có hàm lượng dầu đáng kể dùng trong
công nghệ pha sơn. Thân cây cao khoảng 15 – 20 m, có đường kính trung bình 25 –
60 cm. Là loại gỗ mềm, khi mới cưa có màu vàng nhạt, lúc khô biến thành màu kem
nhạt, thớ thẳng ít xoắn thớ, giác lõi khó phân biệt, vòng sinh trưởng rõ ràng, dứt
khoát, rộng 2 – 4 mm, có nhiều khuyết tật như mục trong, mục ngoài, mắt sống, mắt
chết, nghiêng thớ,…


Đặc điểm sinh học.

Cây Cao su chỉ được thu hoạch 9 tháng, 3 tháng còn lại không được thu hoạch

vì đây là thời gian cây rụng lá, nếu thu hoạch vào mùa này, cây sẽ chết.
Thông thường cây cao su có chiều cao khoảng 20 m, rễ ăn rất sâu để giữ vững
thân cây, hấp thu chất bổ dưỡng và chống lại sự khô hạn. Cây có vỏ nhẵn màu nâu

3


nhạt. Lá thuộc dạng lá kép, mỗi năm rụng lá một lần. Hoa thuộc loại hoa đơn, hoa
đực bao quanh hoa cái nhưng thường thụ phấn chéo, vì hoa đực chín sớm hơn hoa
cái. Quả cao su là quả nang có 3 mảnh vỏ ghép thành 3 buồng, mỗi nang một hạt
hình bầu dục hay hình cầu, đường kính 02 cm, có hàm lượng dầu đáng kể được
dùng trong kỹ nghệ pha sơn.
Cây phát triển tốt ở vùng nhiệt đới ẩm, có nhiệt độ trung bình từ 2200C đến
3000C (tốt nhất ở 2600C đến 2800C), cần mưa nhiều (tốt nhất là 2.000 mm) nhưng
không chịu được sự úng nước và gió. Cây cao su có thể chịu được nắng hạn khoảng
4 đến 5 tháng, tuy nhiên năng suất mủ sẽ giảm.
Cây chỉ sinh trưởng bằng hạt, hạt đem ươm được cây non. Khi trồng cây được
5 tuổi có thể khai thác mủ, và sẽ kéo dài trong vài ba chục năm.
Việc cạo mủ rất quan trọng và ảnh hưởng tới thời gian và lượng mủ mà cây có thể
cung cấp. Bình thường bắt đầu cạo mủ khi chu vi thân cây khoảng 50 cm. Cạo mủ
từ trái sang phải, ngược với mạch mủ cao su. Độ dốc của vết cạo từ 20 – 350, vết
cạo không sâu quá 1,5 cm và không được chạm vào tầng sinh gỗ làm vỏ cây không
thể tái sinh. Khi cạo lần sau phải bóc thật sạch mủ đã đông lại ở vết cạo trước. Thời
gian thích hợp nhất cho việc cạo mủ trước 7 giờ sáng.


Đặc điểm cấu tạo hiển vi gỗ Cao su.
Lỗ mạch: Khi quan sát trên mặt cắt ngang lỗ mạch tương đối lớn, có thể nhận

diện bằng mắt thường. số lượng trung bình 2 lỗ mạch / mm2, xếp theo hình thức
phân bố phân tán và có dạng hình tròn hay bầu dục, khoản 50% là mạch kép theo
phương xuyên tâm. Lỗ mạch có đặc điểm là có trữ bào, số lỗ mạch có trữ bào chiếm
26%.
Nhu mô: Khá phong phú thường nhu mô xa mạch xếp thành dãy tiếp tuyến ngăn các
nhu mô quay quanh mạch tạo thành dãy băng nối với mạch kế bên.
Tia gỗ: Quan sát trên mạch cắt ngang ta thấy hình thức sắp xếp tia gỗ không
đồng nhất, số lượng tia theo chiều tiếp tuyến là 7 – 10 tia / mm. Bề rộng tia lớn nhất
là 3 tế bào, chiều cao của tia từ 3 – 15 tế bào. Trên mặt cắt xuyên tâm một số tia có
cấu tạo ống dẫn nhựa theo chiều ngang.

4


Sợi gỗ: Sợi gỗ tương đối dài, có đường kính trung bình, vách dày.
Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của gỗ cao su (Theo Nguyễn Hân, 1997.
Khảo sát cấu tạo và tính chất vật lý của gỗ Cao su).
Stt
1
2
3
4
5

Tên chỉ tiêu
Khối lượng thể tích cơ bản
Tỷ lệ co rút thể tích tổng quát
Tỷ lệ co rút tiếp tuyến
Tỷ lệ co rút xuyên tâm

Điểm bão hòa thớ gỗ

Giá trị tính trung bình
0,52 g/cm3
15,34 % ( so với thể tích khô kiệt)
3,71 %
2,12 %
34,04 %

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu biến tính gỗ đa dạng, có nhiều phương pháp nghiên cứu,
nhiều loại nguyên liệu, nhưng để phù hợp với điều kiện trang thiết bị của phòng thí
nghiệm tôi chọn phương pháp nghiên cứu biến tính nhiệt tại Trung Tâm Nghiên
Cứu Chế Biến Lâm Sản của trường Đại Học Nông Lâm TPHCM và chọn đối tượng
nghiên cứu là gỗ Cao su. Số thí nghiệm thực hiện là 3 thí nghiệm cho mỗi cấp nhiệt
độ và thời gian, trong mỗi thí nghiệm có 15 mẫu và cho thay đổi các thông số thời
gian và nhiệt độ biến tính vì chúng có ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình biến tính
nhiệt, các thông số khác xem như không thay đổi. Sản phẩm được giới hạn biến tính
nhằm sử dụng để sản xuất đồ mộc, đồ dùng cho trẻ em và các sản phẩm thân thiện
với môi trường.

5


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
2.1.1. Tình hình nghiên cứu biến tính nhiệt gỗ trên thế giới.
Biến tính gỗ nói chung và biến tính nhiệt nói riêng đã được nghiên cứu từ rất
sớm ở nhiều quốc gia trên thế giới điển hình là năm 1937, Stamm và Hansen đã

nghiên cứu về độ co rút dãn nở gỗ đã qua xử lý nhiệt, các kết quả cho thấy tính hút
ẩm của gỗ khô giảm một cách đáng kể. Đối với gỗ được xử lý nhiệt trong môi
trường không khí thì độ cứng giảm nhiều hơn khi được sử lý trong môi trường chất
khí. Đến năm 1946, Stamm lần đầu tiên có báo cáo thử nghiệm một cách có hệ
thống về khả năng làm tăng tính kháng nấm mốc cho gỗ khi xử lý trong bồn kim
loại nóng. Báo cáo cũng xác định được về khả năng cải thiện được độ bền và độ ổn
định kích thước. Hệ số chống co rút dãn nở (Antiswelling/Shrinking efficiency –
ASE) tăng lên 40%, còn độ bền uốn tĩnh (Modulus of Elasticly – MOE) giảm
20%.
Tại viện công nghệ gỗ Dresden (IHD) đã tiến hành thử biến tính nhiệt cho các
loại gỗ Thông, Tần bì, Teak… và có kết luận gỗ bị giảm độ bền (modul đàn hồi,
modul phá hủy, sức bền uốn, độ cứng Brineel), còn sự hút ẩm, sự dãn nở giảm đi.
Sức kháng nấm mốc có tăng ( The second Eropean conference on wood
modification, 2005). Kết quả này cũng đồng nhất với kết quả nghiên cứu của Adre
Zoulalian và Philippe Geradin khi xử lý nhiệt nhằm nâng cao tính chống mốc cho
gỗ Beech.
Theo kết quả nghiên cứu của C.R Welzbachen; A.O. Rapp; P. Haller và J.
Wehsener thì gỗ Spruce Norway xử lý nhiệt - dầu lên đến 220 0C kèm với ép nén sẽ

6


nâng cao tính chống nấm mốc nhưng sức bền động giảm 40% còn sức bền tĩnh hầu
như không đổi.
Năm 1972, Burnmeter đã chứng minh khả năng cải thiện các tính chất của gỗ
nếu xử lý nhiệt trong điều kiện có áp suất. quá trình này sau đó được Giebeler phát
triển vào năm 1983. Ông đã nghiên cứu về độ ổn định kích thước khi xử lý nhiệt gỗ
tươi trên các chủng loại gỗ khác nhau trong điều kiện có áp suất, kết quả cho thấy
rằng tỷ lệ dãn nở giảm 50 – 80% trên các loại gỗ như Dẻ, cây Bu – lô, Thông, Bạch
Dương và cây Vân Sam, nhiệt độ xử lý từ 180 – 2000C.

Peppelin và Guyonnet cho rằng giảm cơ tính của gỗ là một điểm yếu của biến
tính nhiệt. Làm thế nào để xây dựng chế độ biến tính mềm sao cho giảm cơ tính gỗ
ít nhất bằng cách tìm chế độ thời gian – nhiệt độ biến tính. Nhiệt độ thấp – thời dài
hay nhiệt độ cao thời gian ngắn khi biến tính phải cần được nghiên cứu. các ông giải
thích là quá trình nhiệt phân (pyrolysis) xảy ra chậm ở khoảng 200 – 2800C còn sẽ
nhanh khi đến 3000C. Còn mạng lưới hóa (retification) thì xảy ra ở 180 đến 2600C.
Thí nghiệm của ông đưa ra tiến trình biến tính nhiệt: nâng cao nhiệt độ từ 30 –
1500C để làm khô gỗ trong 30 phút sau đó nâng nhiệt độ từ 150 – 2600C với tốc độ
nâng khoảng 990C/phút giữ nhiệt độ trên từ 3 đến 8 giờ.
Theo Kamdenetal (2002); Weiland và Guyonnet (2003) thì nguyên nhân làm
gỗ tăng sức chống nấm khi biến tính nhiệt vì gỗ giảm độ ẩm, chất dầu lan truyền
trong gỗ, biến đổi cấu trúc polymer gỗ, liên kết chặt chẽ giữa các Hemicellulose khi
gỗ được xử lý nhiệt. Thí nghiệm của ông là cho gỗ được sây ở 800C đến trọng lượng
ổn định, sau đó mẫu gỗ 20 x 10 x 30 mm đặt trong lò nung môi trường khí nito
trong 8 giờ. Trọng lượng gỗ giảm nhanh khi xử lý ở nhiệt độ 180 – 2400C do một số
chất trong gỗ bị chảy ra.
Sobel Yildiz và các tác giả khác khi tiến hành xử lý nhiệt 2 loại gỗ Spruce và
Beech của Thổ Nhĩ Kì cũng thấy gỗ bị giảm ẩm, giảm cơ tính nhưng nâng cao tính
chống mốc. Gỗ được xử lý ở 130, 150, 180, 2000C trong 2 giờ, 6 giờ, 10 giờ, thì
mất mát trọng lượng cao nhất. Khi xử lý ở 2000C trong 10 giờ và sức bền uốn giảm
đến 50%.

7


Theo Vitaniemi, 1997 công nghệ xử lý nhiệt ở áp suất thường với nhiệt độ từ
180 – 2500C và dùng hơi nước làm dung môi thì sức bền uốn chỉ giảm 14% so với
gỗ không xử lý. Với gỗ Spruce nếu biến tinh ở nhiệt độ 2000C thời gian 10 giờ
modul đàn hồi (MOE) giảm nhưng với gỗ Beech thì MOE lại tăng. Thời gian xử lý
nhiệt dài thì MOE giảm ít hơn so với lại thời gian xử lý nhiệt ngắn.

Còn Hills và Rossa (1978) thì cho rằng biến tính nhiệt độ cao thời gian dài (gỗ
Spruce và Beech) nếu xử lý trong môi trường kín với khí trơ thì sự giảm cơ tính ít
hơn. Quan trọng là tuy có giảm cơ tính nhưng tính dãn nở và tính co rút cũng giảm
mà không cần dùng hóa chất nào.
Bror Sundqvist, thuộc ngành khoa học vật liệu gỗ, Skelleftea, Đại học kỹ thuật
Lulea, Thụy Điển đã tiến hành nghiên cứu về “sự thay đổi màu sắc và cấu trúc acid
trong suốt quá trình xử lý nhiệt trên một số loại gỗ Bu – Lô, Vân Sam Na Uy và
Thông Scots” (1997 – 2004). Ông cho rằng sự thay đổi màu sắc ở mức độ khác
nhau có liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ xử lý.
Viaginie St-Onge; Yvesfortin Carl Temblay (Canada) đã cho biến tính nhiệt
gỗ thông nhựa (Balsam Fir) thấy rằng tăng nhiệt độ xử lý làm cho màu của gỗ thêm
sẫm.
Biến tính gỗ thông bằng xử lý nhiệt trong môi trường không khí được thực hiện bởi
Bruno M. Esteves và cộng sự (Idalina J. Momingos, Helena M. Pereira), đã xử lý
nhiệt gỗ Thông, một trong những loại gỗ có độ bền và độ ổn định kích thước thấp.
quá trình xử lý nhiệt được thực hiện trong lò Oven từ 2 – 24 giờ ở nhiệt độ 170 –
2000C, sau đó so sánh với quá trình xử lý nhiệt bằng hơi. Độ ẩm thăng bằng (EMC)
và độ ổn định kích thước (ASE) theo các chiều xuyên tâm và tiếp tuyến được đánh
giá ở các mức ẩm của môi trường (RH là 35%, 65%, 85%). Ngoài ra còn xác định
ứng suất uốn tĩnh, lực uốn và khả năng hút ẩm. Kết quả thu được là với cùng mức
giảm khối lượng, độ ẩm thăng bằng, độ ổn định kích thước được cải thiện nhiều hơn
khi áp dụng phương pháp xử lý nhiệt bằng lò Oven, nhưng giảm lực cơ học thì
giống nhau. Hàm lượng Hemicellulose giảm 50% dẫn đến giảm lực uốn tĩnh ở mức
tương tự.

8


Jelena Chirko et Al, (Đức) khi nghiên cứu thí nghiệm biến tính nhiệt (ở nhiệt
độ 180 – 2200C) với gỗ Thông thấy gỗ có thể giảm độ hút nước 1,5 đến 2 lần mà

các cấu trúc gỗ và các tính chất khác vẫn ổn định.
Còn Sini Metsa Kortelainen (Phần Lan) thì cho biến tính ở nhiệt độ 170, 190,
210, 2300C so sánh với gỗ sấy thường công nghiệp, thử độ hút nước theo TCEN
927 – 5 thấy rằng sấy gỗ nhiệt độ thấp làm tăng tính hút nước (absorption) và ngược
lại nhất là với phần giác của gỗ Thông (Scot pine).
Từ năm 2002 tại phòng thí nghiệm Forintek, Canada Corp đã nghiên cứu biến
tính hai loại gỗ Scot Pine và Spruce trên, kết quả tính chống mòn gỗ, độ uốn, MOR
giảm, tính ổn định về kích thước tăng, tính kháng mốc tăng còn MOE ảnh hưởng
không đáng kể.
Nghiên cứu về tính mỏi của gỗ khi xử lý nhiệt thì Marcos Gonzalez-Pena và
các cộng sự (tại trường Nông Lâm nghiệp Anh Quốc, Wales Bangor, Gwynedd)
thực hiện với gỗ Spruce, Norway cho thấy modul phục hồi (modul relaxation) thấp
hơn, sự phục hồi dẻo và biến dạng dẻo chậm hơn gỗ không xử lý, các chế độ xử lý
được thực hiện như sau:
Bảng 2.1 Chế độ xử lý nhiệt đối với gỗ Spruce, Norway
Dãy biến động nhiệt độ xử lý (0C)
Dãy biến động thời gian xử lý (phút)

190; 210; 225; 240
20; 60; 240; 480; 960

Bruno Esteves (Viện NC Viseu và trường kỹ thuật Lisboa, Portugar) xử lý
nhiệt gỗ bạch đàn (Portuguses Eucalypt) và Thông (pine) nung trong lò từ 2 – 24
giờ nhiệt độ từ 170 – 2000C. Họ đi đến kết luận:
 Sự mất khối lượng tăng theo thời gian và nhiệt độ xử lý, hiệu quả chống dãn
nở tăng 35%; độ bền uốn và modul đàn hồi giảm khi thời gian và nhiệt độ xử lý
tăng.
 Biến tính nhiêt xảy ra ở nhiệt độ 1800C < t0C < 2600C.
 Nhiệt độ lớn hơn 3000C không được tiến hành vì tính chất gỗ thay đổi quá
nhiều.

9


 Gỗ nâng cao tính ổn định về kích thước, giảm sự hút ẩm (hygrocopicity), nâng
cao tính chống nấm hại sâu hại.
 Nâng cao các trị số modul lúc đầu biến tính về sau đó các trị số này lại giảm.
 Giảm ảnh hưởng độ dẻo dai (toughness) và giảm modul phá hủy (MOR).
 Giảm tính chống mòn của gỗ.
 Làm sẫm màu gỗ.
Theo báo cáo về công nghiệp biến tính gỗ nhiệt độ cao (EDS) thì biến tính gỗ
đã triển khai ở mức độ công nghiệp tại Nhật Bản. Lò biến tính có sức chứa 30 – 200
m3, dùng nhiên liệu đốt là củi, phế liệu (không dùng than vì ô nhiễm).
Nhìn chung công nghệ biến tính gỗ trên thế giới đã phát triển và có nhiều
thành công to lớn trong nghiên cứu sản xuất ra nhiều sản phẩm biến tính sử dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên ngành chế biến lâm sản Việt Nam chưa
thể áp dụng những kết quả nghiên cứu này vào sản xuất được do điều kiện tự nhiên
và thiết bị công nghệ chưa phù hợp.
2.1.2. Tình hình nghiên cứu biến tính trong nước.
Các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào lĩnh vực biến tính nhiệt ẩm
(hấp gỗ bằng hơi nước hoặc luộc gỗ bằng nước nóng) chủ yếu để làm tăng tính dẻo
của gỗ để dễ dàng bóc hoặc lạng gỗ ra các ván mỏng làm ván ép hoặc uốn gỗ.
Hướng này đã được sử dụng rộng và từ lâu nhưng nhiệt độ sử dụng thường thấp hơn
1000C . lĩnh vực thứ 2 là biến tính nhiệt kết hợp với nén cơ học nhằm làm tăng tính
chất cơ học ứng suất uốn tĩnh, độ chịu kéo nén của gỗ, tuy nhiên hướng này chưa
được sử dụng trong sản xuất vì gặp nhiều khó khăn. Hướng nữa là dùng hóa chất
tẩm vào gỗ nhằm nâng cao cơ tính và khả năng chống cháy của gỗ, nhưng hiện nay
số hóa chất cho phép tẩm ngày càng hạn chế vì đảm bảo an toàn sức khỏe con người
và môi trường. có thể điểm qua một số nghiên cứu như sau:
Năm 1969 bộ môn gỗ - ván nhân tạo thuộc Viện Nghiên cứu Lâm Nghiệp và

tiếp đó Viện Công nghiệp rừng đã tiến hành thí nghiệm biến tính loại gỗ Vạng
Trứng (Endoepermum sinensis Benth), gỗ Mỡ (Manglietica album Reaush), gỗ
Trám Trắng (Canarium album Reaush) bằng phương pháp nhiệt cơ và hóa cơ kết

10


hợp. kết quả cho thấy khối lượng thể tích tăng 1,2 lần và cường độ uốn tĩnh tăng 1,3
lần so với lúc chưa biến tính.
Năm 2005 trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, Xuân Mai, Hà Tây đã dùng
hóa chất tẩm gỗ sau đó nén để nâng cao cơ tính của gỗ. công nghệ này được chào
bán tại hội chợ Techmark.
Theo Huy Vũ Đại – ThS. Nguyễn Minh Hùng (2004), ảnh hưởng của xử lý lò
vi sóng đến tính chất cơ lý của gỗ trám trắng. kết luận thông qua các chỉ tiêu về tính
chất vật lý và cơ học của gỗ đươc xác định sau khi gỗ được xử lý bằng lò vi sóng
cho thấy tính ổn định về kích thước của gỗ được cải thiện nhưng cường độ cơ học
giảm.
Theo Ts Hoàng Thanh Hương, 2006 nghiên cứu biến tính gỗ Điều, Cao su và gỗ
Hông bằng hóa chất, ép nhiệt và theo kết quả nghiên cứu thì có thể nâng cao sức
bền lên 30%.
Tấc cả các nghiên cứu trong nước đều có mối liên quan đến nhiệt độ nhưng
nhiệt độ thấp hơn 1000C. còn nếu dùng hóa chất thì có ảnh hưởng ít nhiều đến môi
trường. chưa có nghiên cứu nào trong nước biến tính ở nhiệt độ cao, không dùng
hóa chất.
Vậy theo như nhận định của Bruno Esteves tôi chọn biến tính nhiệt với nhiệt
độ biến tính 1600C – 2200C, thời gian biến tính gồm 5 mức từ 4 – 20 giờ.
2.2. Cơ sở lý thuyết về công nghệ biến tính gỗ
2.2.1. Cơ sở lý thuyết
Khái niệm về biến tính gỗ được hiểu là sử dụng một tác nhân vật lý, hóa học,
cơ học, sinh học hoặc kết hợp nhiều tác nhân tác động vào vật liệu gỗ nhằm làm

tăng cường thuộc tính có lợi nào đó của gỗ được biến tính. Gỗ sau khi được biến
tính cần phải không gây độc trong sử dụng và không phát độc khi sử dụng lâu dài
và trong tái chế cao tính chất cơ lý của gỗ.

11


Hình 2.1: Các dạng biến đổi cấu trúc khi có tác nhân xử lý
Dưới tác dụng của nhiệt độ gỗ bị biến đổi cấu trúc, tính chất : Theo Hiroshi
Jnno (1993), Misato Norimoto và Joseph Gril người Nhật Bản [7], khi nghiên cứu
về cấu trúc, tính chất của gỗ dưới tác động của nhiệt độ và tác nhân hóa học đã đưa
ra một số mô hình tương tác trong gỗ như hình 2.1.
Ở hình 2.1 thì:
A: Tế bào Cellulose
1 – 3 : tế bào Cellulose khi không được xử lý.

12


4 – 6 : vách Cellulose được xử lý.
1

: không xử lý.

4

: không có tác nhân trong ruột tế bào.

2,5 : có tác nhân ở thành vách ruột trong tế bào.
3,6 : có tác nhân điền đầy ruột tế bào.

B: Sự biến đổi tương tác giữa tác nhân và Cellulose trong gỗ.
o

: nhóm hydroxyl dễ cho liên kết hydro.



: sự thay thế nhóm hydroxyl.



: tác nhân xử lý

a

: kí hiệu chuỗi Cellulose.

b

: các nhóm hydroxyl.

c

: liên kết hydro.

d,e : hướng xê dịch của phân tử Cellulose.
Sự tác động có thể phân ra hai dạng tùy theo sự xâm nhập của tác nhân và tác
động của nó: ở hình (A) – tác động của tác nhân và tế bào, (B) – tác động của tác
nhân đối với vách tế bào (giữa các phân tử Cellulose cạnh nhau).
Mô hình trên có thể diễn giải như sau:

A – 1: tế bào gỗ không được xử lý không có chất lắng đọng trong vách tế bào.
A – 2: vách tế bào không được xử lý nhưng ở vách bên trong của nó có các
chất lắng đọng.
A – 3: vách không được xử lí nhưng ruột tế bào có chất lắng điền đầy.
A – 4,5,6: ở vách tế bào có sự xâm nhập của tác nhân xự lí.
B – 1: các sợi Cellulose cạnh nhau khi chưa có tác nhân xử lý xâm nhập, giữa
chúng có các liên kết cầu hydro, đây là liên kết yếu do vậy giứa các sợi Cellulose dễ
bị đẩy trượt nhau theo hướng e, d khi có sự phá vỡ liên kết cầu bằng nước hoặc tác
nhân xử lý và khi đó lực hấp dẫn giữa các Cellulose cạnh nhau yếu đi
Mô hình B – 1: khả năng biến đổi khi có tác nhân xử lý, tùy theo tác nhân mà
có thể xảy ra các dạng khác nhau (B – 2

9 .

13


B – 2 và B – 3: liên kết ngang xuất hiện khi không có ảnh hưởng lớn do sử
dụng các phân tử có trọng lượng phân tử thấp, khi đó liên kết thực hiện ở dạng nối
hai vị trí phản ứng của những nhóm hydroxyl. B – 2 thực hiện liên kết ở trạng thái
khô ( không gây trương), còn B – 3 thực hiện ở điều kiện gây trương do vậy khi sấy
lại thì cấu trúc thay đổi trở lại như ở trạng thái khô. Cả hai trạng thái B – 2, B – 3
đều là cản lại sự xê dịch lẫn nhau theo phương d và e của sợi Cellulose.
B – 4: trường hợp chất phản ứng có tính kỵ nước.
B – 5: trường hợp chất phản ứng có tính ái nước.
B – 6,7: tác nhân có tạo một liên kết bền vững ở một phía nhưng B – 6 chất tác
động ở đây kỵ nước còn B – 7 thì tác nhân dễ hút nước.
B – 8: tác nhân sẽ gây hút nước mạnh tạo những liên kết hydro rất thuận lợi ở
hai phía.
B – 9: tác nhân gây kị nước, không có tương tác giữa nhóm thế và nước, ở đây

chỉ có sự xâm nhập của tác nhân và đẩy các sợi Cellulose xa nhau nhiều hơn.
Sự thay đổi tính chất gỗ khi có tác nhân xử lý:
Khi gỗ được xử lý hóa học, các tác nhân xử lý sẽ có sự xâm nhập vào trong tế
bào gỗ, nó sẽ có những tương tác với những cấu tử gỗ ở dạng này hay dạng khác
làm cho cấu trúc liên kết, tính chất gỗ có sư thay đổi. Như phần trên đã trình bày, sự
tác động của các tác nhân chủ yếu vào các liên kết cầu hydro ngang giữa các cấu tử,
đặc biệt và chủ yếu xét đến liên kết hydro giữa các phân tử Cellulose.
Khi có sự tác động của tác nhân xử lý vào các cấu tử gỗ, giữa các cấu tử sẽ có
sự thay đổi như: sự thay thế một số nhóm chức, khoảng cách giữa các cấu tử, khối
lượng phân tử,… sự biến đởi giữa các cấu tử trong gỗ làm cho tính chất cơ lý của gỗ
thay đổi theo, cụ thể là:
 Sự biến đổi nhóm chức (chủ yếu nhóm hydroxyl), sẽ làm cho tính hút nước,
tính hút ẩm thay đổi.
 Sự thay đổi khoảng cách giữa các phân tử dẫn đến nội lực (lực hấp dẫn van
dec van) thay đổi làm cho độ cứng vững, độ mềm dẻo của gỗ thay đổi theo. Sự thay

14


đổi tính chất gỗ diễn ra ở mức độ, tính chất nào đó tùy thuộc vào đặc điểm của loại
tác nhân sử dụng (khả năng phản ứng, kích thước phân tử, điều kiện xử lí,…).
 Sự hạ bậc cấu tử trong gỗ sẽ làm cường độ gỗ yếu đi.
Phân tích các dạng tác động xử lý trình bày ở phần trên ta có thể nhận biết được
xu hướng biến đổi tính chất gỗ, cụ thể như sau:
 Xử lý xảy ra ở dạng B – 2: độ hút nước giảm đi vì khoảng cách giữa các
Cellulose không tăng lên, liên kết các nhóm hydroxyl cũng vững chắc hơn, giảm số
nhóm hydroxyl tự do trong gỗ.
 Xử lý xảy ra ở dạng B – 3: gỗ trở nên mềm dẻo hơn, độ hút nước giảm đi,
nhưng độ cứng vững thấp.
 Xử lý xảy ra ở dạng B – 4: tính hút nước giảm đi, gỗ mềm dẻo hơn, độ ổn định

cao hơn.
 Xử lý xảy ra ở dạng B – 7: tính hút ẩm không giảm, độ mềm dẻo tăng lên.
 Xử lý xảy ra ở dạng B – 8: tính hút ẩm tăng lên, độ mềm dẻo tăng lên.
 Xử lý xảy ra ở dạng B – 9: tính hút ẩm giảm, độ mềm dẻo tăng lên.
2.2.2. Giới thiệu một số phương pháp biến tính gỗ
a) Biến tính cơ nhiệt
Dưới tác dụng của nhiệt độ trong môi trường ẩm sẽ làm cho các nguyên liệu
gỗ mềm ra, tính dẻo của nó cũng biến đổi theo. Căn cứ vào đặc điểm này người ta
nghiên cứu xử lý nhiệt dưới nhiều hình thức khác nhau: đốt nóng hoặc hấp nóng
bằng hơi nóng trong các thiết bị kín, sau khi được làm mềm và làm dẻo, gỗ được
nén trong các khuôn nóng để ổn định về hình dạng và kích thước. quá trình nén làm
giảm thể tích gỗ, làm tăng khối lượng riêng. Điều cực kì quan trọng là phải giữ
nguyên được cấu trúc, không phá vỡ các vách tế bào, làm dập các mao mạch, mà
chỉ thu hẹp kích thước nguyên liệu ban đầu tới giới hạn tùy ý. Phương pháp này cho
phép sản xuất ra các sản phẩm có những tính chất có thể dự đoán được: khối lượng
riêng, độ nén, độ trương nở và độ hút nước… của sản phẩm.

15