NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÀM GIẢM KHẢ NĂNG CHÁY CỦA GỖ CAO SU

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
LÀM GIẢM KHẢ NĂNG CHÁY
CỦA GỖ CAO SU

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HỒNG LIÊN
Ngành: CHẾ BIẾN LÂM SẢN
Niên khóa: 2006 – 2010

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 7/2010


NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÀM
GIẢM KHẢ NĂNG CHÁY CỦA GỖ CAO SU

NGUYỄN THỊ HỒNG LIÊN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Chế biến lâm sản

Giáo viên hướng dẫn:
TS. HOÀNG THỊ THANH HƯƠNG

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 7 năm 2010

 

i


LỜI CẢM ƠN
 

Để có được những kiến thức như hôm nay và hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn:
 Ban Giám Hiệu cùng toàn thể quý Thầy Cô trường Đại học Nông Lâm
thành phố Hồ Chí Minh.
 Ban chủ nhiệm cùng quý Thầy Cô khoa Lâm nghiệp, đặc biệt là quý Thầy
Cô bộ môn Chế biến lâm sản đã truyền đạt kinh nghiệm cho tôi trong những năm
học qua.
 TS. Hoàng Thị Thanh Hương đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn
thành đề tài này.
 Công ty Nam Trung đã cung cấp cho tôi nguyên liệu đạt yêu cầu để tôi có
thể thực hiện đề tài này.
 Công ty chế biến gỗ Trường Tiền đã hỗ trợ nhiệt tình cho tôi trong việc
gia công mẫu với quy cách chính xác để tôi có thể hoàn thành tốt công việc
nghiên cứu của mình.
 Ba mẹ, người thân, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất để tôi có thể hoàn thành Luận văn này.

TPHCM, ngày 30 tháng 7 năm 2010
Nguyễn Thị Hồng Liên

 

ii


TÓM TẮT
Được sự phân công của Bộ môn Chế biến lâm sản, được sự đồng ý của
khoa Lâm nghiệp trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, tôi đã tiến
hành đề tài “Nghiên cứu một số thông số công nghệ làm giảm khả năng cháy
của gỗ cao su” tại phòng thí nghiệm bộ môn Chế biến lâm sản – khoa Lâm
nghiệp – Trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, thời gian thực hiện
từ ngày 22/02/2010 đến ngày 30/07/2010.
Trước thực trạng nguồn tài nguyên rừng ngày càng cạn kiệt thì vấn đề hiện
nay đặt ra cho ngành Chế biến lâm sản là làm thế nào để tăng tuổi thọ cho các
loại gỗ để giảm áp lực khai thác rừng, góp phần làm giàu vốn rừng và bảo vệ
môi trường. Chống cháy cho gỗ được xem là một biện pháp hữu hiệu để vừa
tăng thời gian sử dụng vừa tăng giá trị sử dụng của sản phẩm gỗ. Do thời gian
thực hiện đề tài có hạn nên chúng tôi chỉ có thể nghiên cứu chống cháy cho một
loại gỗ, đó là gỗ cao su.


Mục đích nghiên cứu: Giảm khả năng bắt lửa của gỗ, làm chậm tốc độ

cháy cũng như giảm mức tổn thất khối lượng của sản phẩm gỗ đã được xử lý
chống cháy so với sản phẩm gỗ ban đầu chưa được xử lý.


Nội dung nghiên cứu: Lựa chọn hóa chất chống cháy, xác định giá trị

thông số tối ưu, kiểm tra sự biến đổi tính chất của mẫu gỗ thí nghiệm, đánh giá
sơ bộ hiệu quả kinh tế và đề xuất công nghệ xử lý chống cháy cho gỗ cao su.


Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp quy hoạch thực

nghiệm và xử lý số liệu bằng phần mềm Excel.


Kết quả nghiên cứu:

- Phương trình tương quan dạng mã hóa và thực nghiệm của hàm thời gian
bén lửa như sau:
Y1 = 73,39 – 2,0151X1 + 6,1368X2 + 2,585X1X2 – 2,465X12 – 2,465X22
 

iii


YTGBL = 27,9569 + 8,7324N + 1,5359T + 0,6463NT – 0,6163N2 – 0,6163T2
- Phương trình tương quan dạng mã hóa và thực nghiệm của hàm tổn thất
khối lượng như sau:
Y2 = 22,023 – 1,6142X1 – 3,5258X2 – 1,7536X1X2 + 1,5349X12 – 4,0426X22
YTTKL = 49,8755 – 6,7275N + 10,708T – 0,4385NT + 0,3837N2 – 1,0108T2
- Giá trị tối ưu của nồng độ dung dịch hóa chất và thời gian ngâm gỗ xử lý
hóa chất như sau:
+ Nồng độ dung dịch hóa chất: 12,83%
+ Thời gian ngâm: 6,83h = 6 giờ 50 phút
- Giá trị tối ưu của thời gian bén lửa, tổn thất khối lượng như sau:
+ Thời gian bén lửa: 77,41 s
+ Tổn thất khối lượng: 6,23%

 

iv


SUMMARY
Be assigned by the Department of Processing of Forestry products, the consent of
the Faculty of Forestry of University of Agriculture and Forestry, Ho Chi Minh City, I
have conducted the project "Study on some of the technological parameters to reduce
flammability of rubber wood" in the laboratory of Department of Processing Forest
products - Faculty of Forestry - University of Agriculture and Forestry, Ho Chi Minh
City, the implementation period from the date 22/02/2010 to date 30/07/2010.
Prior to the actual situation of forest resources increasingly depleted, the problem
set for Processing forest products industry now is how to increase life expectancy for
different types of wood to reduce pressure on forest exploitation, forest contribute to
enrich and protect environment. Fire-retardant for wood is considered an effective
methods to increase the using time and also raise the value of wood products. Because
time is limited so we can only research on one kind of wood , which is rubber wood.


Research purpose: To reduce the possibility of wood ignition, slow burning

and reduce the weight of wood products which has been treated fire resistant wood
compared with the initial untreated .


Research content: Select chemical, conduct experiments, process data,

valuate parameters, optimal test criteria and characteristics of wood samples after
experimental treatment Chemical, preliminary evaluation of economic efficiency and
improved processing technology for fire-retardant for rubber wood.



Research methods: Using the method of experimental planning and data

processing using Excel software.


Research results: 

- Correlation equation encoding of content and practice fire catching time as
follows:
Y1 = 73,39 – 2,0151X1 + 6,1368X2 + 2,585X1X2 – 2,465X12 – 2,465X22
YTGBL = 27,9569 + 8,7324N + 1,5359T + 0,6463NT – 0,6163N2 – 0,6163T2
- Equation correlation and encoding functions of the experimental losing weight as
follows:
Y2 = 22,023 – 1,6142X1 – 3,5258X2 – 1,7536X1X2 + 1,5349X12 – 4,0426X22
 

v


YTTKL = 49,8755 – 6,7275N + 10,708T – 0,4385NT + 0,3837N2 – 1,0108T2
- The value of the optimal solution of the chemical concentration and soaking time
as follows:
+ Liquid chemical concentration: 12.83%
+ Soak time: 6.83 h = 6 hours 50 minutes
- The value of the optimal fire catching time, losing weight as follows:
+ Fire catching time: 77.41 s
+ Lossing weight: 6.23%

 

vi


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa.......................................................................................................................... i
Lời cảm ơn.......................................................................................................................ii
Tóm tắt........................................................................................................................... iii
Summary ......................................................................................................................... v
Mục lục ..........................................................................................................................vii
Danh sách các hình ......................................................................................................... ix
Danh sách các bảng ......................................................................................................... x
Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................. 1
1.1.Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................1
1.2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu ............................................................................2
1.2.1. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................2
1.2.2. Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................2
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..................................................................2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học ...................................................................................................2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................................3
Chương 2. TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
2.1.Tình hình nghiên cứu chống cháy trên thế giới .........................................................4
2.2.Tình hình nghiên cứu chống cháy cho gỗ ở Việt Nam..............................................5
2.3. Nhận xét chung về tình hình nghiên cứu chống cháy ..............................................6
Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................. 8
3.1. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................8
3.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................8
3.2.1. Phương pháp cổ điển .............................................................................................9

3.2.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ...................................................................9
3.2.3. Phương pháp thí nghiệm......................................................................................11
3.2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................................13
3.2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ..............................................................14
3.3. Dụng cụ thí nghiệm ................................................................................................16
3.4. Giới hạn các thông số công nghệ............................................................................18
 

vii


Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 19
4.1. Khảo sát những đặc điểm cấu tạo, tính chất của gỗ cao su liên quan đến công nghệ
xử lý chống cháy............................................................................................................19
4.1.1. Cấu tạo thô đại .....................................................................................................19
4.1.2. Cấu tạo hiển vi .....................................................................................................19
4.1.3. Thành phần hóa học của gỗ .................................................................................20
4.2. Lựa chọn hóa chất chống cháy ...............................................................................22
4.2.1. Tính chất hóa học của các hóa chất trong thí nghiệm chính thức .......................24
4.2.2. Kiểm tra khả năng hòa tan trong nước của các hóa chất trong thí nghiệm chính
thức ................................................................................................................................25
4.2.3. Cơ sở lý thuyết về sự cản trở quá trình cháy của các hóa chất trong thí nghiệm
chính thức ......................................................................................................................26
4.2.4. Cơ sở lý thuyết về khả năng thấm hóa chất của gỗ khi ngâm tẩm ......................27
4.3. Xây dựng phương trình tương quan .......................................................................27
4.3.1. Phương trình tương quan dạng mã hóa một mục tiêu .........................................27
4.3.2. Kiểm tra các hệ số hồi quy và tính tương thích của mô hình ..............................29
4.3.3. Chuyển về mô hình dạng thực .............................................................................29
4.3.4. Giải các bài toán tối ưu hóa .................................................................................30
4.4. Kiểm tra các chỉ tiêu, tính chất của mẫu gỗ thí nghiệm sau khi xử lý ...................35

4.5. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế .............................................................................39
4.6. Tổng hợp kết quả giá trị của các thông số công nghệ ............................................39
4.7. Đề xuất công nghệ xử lý chống cháy cho gỗ cao su ..............................................41
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 42
5.1.Kết luận....................................................................................................................42
5.2.Kiến nghị .................................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 44
PHỤ LỤC

 

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
 

Hình 3.1 Phương pháp sấy mẫu gỗ thí nghiệm ............................................................ 12
Hình 3.2 Cân điện tử ..................................................................................................... 16
Hình 3.3 Nhiệt kế .......................................................................................................... 17
Hình 3.4 Đèn cồn .......................................................................................................... 17
Hình 3.5 Tủ sấy............................................................................................................. 17
Hình 3.6 Mô hình nghiên cứu ....................................................................................... 18
Hình 4.1 Cấu tạo thô đại của gỗ cao su ........................................................................ 19
Hình 4.2 Cấu tạo hiển vi của gỗ cao su ....................................................................... 20
Hình 4.3 Các loại hóa chất trong thí nghiệm chính thức (công thức HL.01) ............... 25
Hình 4.4 Biểu đồ biểu diễn giá trị tối ưu tại các mức trọng số tương ứng ................... 35
Hình 4.5 Mẫu gỗ trước và sau khi xử lý chống cháy.................................................... 36
Hình 4.6 Phương pháp đo độ bền uốn tĩnh gỗ .............................................................. 36
Hình 4.7 Đề xuất công nghệ xử lý chống cháy cho gỗ cao su...................................... 41

 

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
 

Bảng 3.1 Biến thiên của các yếu tố nghiên cứu ............................................................ 10
Bảng 3.2 Ma trận thí nghiệm ở dạng mã hóa ................................................................ 14
Bảng 4.1 Thành phần hỗn hợp hóa chất có ký hiệu là HL.01 ...................................... 22
Bảng 4.2 Thành phần hỗn hợp hóa chất có ký hiệu là HL.02 ...................................... 22
Bảng 4.3 Thành phần hỗn hợp hóa chất có ký hiệu là HL.03 ...................................... 22
Bảng 4.4 Thành phần hỗn hợp hóa chất có ký hiệu là HL.04 ...................................... 22
Bảng 4.5 Thành phần hỗn hợp hóa chất có ký hiệu là HL.05 ...................................... 23
Bảng 4.6 Thành phần hỗn hợp hóa chất có ký hiệu là HL.06 ...................................... 23
Bảng 4.7 Mức và khoảng biến thiên của các thông số đầu vào .................................... 28
Bảng 4.8 Ma trận thí nghiệm tạo gỗ chậm cháy ........................................................... 28
Bảng 4.9 Kết quả tối ưu hàm một mục tiêu .................................................................. 31
Bảng 4.10 Kết quả tối ưu hàm hai mục tiêu ................................................................. 35
Bảng 4.11 Giá trị độ bền uốn tĩnh của các mẫu thí nghiệm.......................................... 37
Bảng 4.12 Giá thành cho 1kg hóa chất trong công thức HL.01 ................................... 39
Bảng 4.13 Bảng tổng hợp các thông số công nghệ chống cháy cho gỗ cao su ............ 39

 

x

Chương 1
ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1.Tính cấp thiết của đề tài
Cháy nổ luôn là mối hiểm họa đe dọa cuộc sống của con người. Thời gian gần
đây, nhiều vụ cháy lớn xảy ra liên tiếp gây thiệt hại rất lớn về người và tài sản. Theo
Cục Cảnh sát Phòng cháy chữa cháy, năm 2009 trên cả nước xảy ra 1.948 vụ cháy, làm
62 người chết, 145 người bị thương, gây thiệt hại về tài sản trị giá 500,2 tỷ đồng và
1.373 ha rừng.
Chính vì vậy, nhu cầu phòng cháy chữa cháy hiện nay rất quan trọng và cấp
bách. Trong công tác phòng cháy và chữa cháy thì phòng cháy bao giờ cũng phải là
chủ yếu vì đó là biện pháp chủ động và hiệu quả nhất. Tìm ra những giải pháp ngăn
chặn và làm giảm cháy nổ là điều cần phải thực hiện ngay. Nhất là trong những năm
gần đây, tình hình xuất khẩu đồ gỗ nước ta liên tục tăng và đã vượt mức 3 tỷ USD giá
trị xuất khẩu vào năm 2010. Do đó, số lượng các công ty chế biến gỗ cũng tăng theo.
Tuy có nhiều công ty gỗ nhưng hầu hết những công ty này đều thiếu các biện pháp
phòng ngừa cháy cho nguyên liệu gỗ của mình nên trong thời gian qua, số lượng các
công ty gỗ bị cháy cũng chiếm một phần lớn trong những vụ cháy của cả nước. Vụ
cháy lớn tại nhà xưởng sản xuất gỗ của công ty TNHH Scansia Pacific (Khu công
nghiệp Tân Tạo, Q.Bình Tân, TP.HCM) vào ngày 27/02/2010 ước tính thiệt hại gần 1
triệu USD là một điển hình.
Hiện nay, các loại gỗ thông dụng trên thị trường như cao su, thông, keo lá tràm,
sồi… đang được sử dụng rất phổ biến do chúng có những ưu điểm như:
- Màu sắc, vân thớ đẹp, dễ trang sức bề mặt bằng các phương pháp trang sức
khác nhau.
- Cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt.
- Nhẹ, khối lượng thể tích thấp nên rất thuận tiện trong việc vận chuyển.

 

1


- Gỗ mềm nên có thể dùng các máy móc, công cụ để cưa xẻ, khoan bào, chà
nhám với vận tốc cao.
Bên cạnh những ưu điểm trên, gỗ cũng có những nhược điểm như sinh trưởng
chậm, có nhiều khuyết tật tự nhiên, không đồng nhất, dễ bị cong vênh, nứt nẻ, dễ bị
mục, biến màu và nhất là dễ cháy.
Trong các loại gỗ trên thì nhu cầu sử dụng gỗ và các sản phẩm từ gỗ cao su là rất
lớn. Gỗ cao su chỉ được khai thác khi cây cao su đã kết thúc chu trình sản sinh nhựa
mủ nên có giá trị tận dụng cao. Nhưng đây cũng là loại gỗ dễ bắt lửa và dễ gây cháy.
Chính vì vậy, tìm ra biện pháp để ngăn chặn khả năng bắt lửa nhanh và dễ cháy của gỗ
cao su là vấn đề cấp thiết được nhiều doanh nghiệp rất quan tâm.
1.2.Mục đích và mục tiêu nghiên cứu
1.2.1.Mục đích nghiên cứu
Nhằm giảm khả năng bắt lửa của gỗ, làm chậm tốc độ cháy cũng như giảm mức
tổn thất khối lượng thể tích của sản phẩm gỗ đã được xử lý chống cháy so với sản
phẩm gỗ ban đầu chưa được xử lý.
1.2.2.Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được các thông số công nghệ như loại hóa chất chống cháy, tỷ lệ các
hóa chất trong dung dịch chống cháy, nồng độ dung dịch chống cháy và thời gian xử
lý đồng thời hoàn thiện quy trình công nghệ để phòng chống cháy cho gỗ cao su.
1.3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1.Ý nghĩa khoa học
Đề tài trình bày các vấn đề về cơ sở lý thuyết chống cháy cho gỗ và nghiên cứu
tạo ra gỗ chậm cháy phù hợp với các trang thiết bị và điều kiện sản xuất của Việt Nam.
Trong đề tài này, các vấn đề được giải quyết như:
- Tìm ra hợp chất chống cháy hiệu quả, các phương pháp xử lý chống cháy cho
gỗ cao su.
- Tìm ra nồng độ dung dịch chất chống cháy cần pha chế và thời gian xử lý hóa

chất tối ưu.
- Đánh giá sơ bộ về hiệu quả kinh tế, khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu
của đề tài vào thực tế sản xuất.

 

2


- Đề xuất công nghệ xử lý chống cháy cho gỗ cao su, đây là công việc có ý
nghĩa rất quan trọng đối với các doanh nghiệp chế biến gỗ.
1.3.2.Ý nghĩa thực tiễn
Những kết quả của quá trình nghiên cứu chống cháy cho gỗ cao su này hoàn toàn
có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất ở nước ta. Điều này chẳng những giúp cho gỗ
cao su và các sản phẩm làm từ gỗ cao su của nước ta nâng cao chất lượng, giá trị sử
dụng và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường hiện nay mà còn có ý nghĩa rất lớn để
phòng tránh và hạn chế những tổn thất do hỏa hoạn gây ra, góp phần bảo vệ tính mạng
và tài sản cho nhân dân. Đề tài này cũng có thể được ứng dụng cho những loại gỗ khác
có tính chất tương đồng với gỗ cao su.

 

3


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1.Tình hình nghiên cứu chống cháy trên thế giới
Chống cháy cho gỗ đã được các nước trên thế giới biết đến và thực hiện từ rất

sớm. Vào năm 83 trước công nguyên niên giám Claudius còn ghi chép lô cốt bằng gỗ
dùng để bao vây tấn công cảng khẩu Piraeus của Hy Lạp đã được xử lý bằng dung dịch
muối sunphat kép mà mục đích của nó nhằm cản trở tính bắt cháy. Đây là kỹ thuật làm
chậm cháy cho gỗ đầu tiên được sử dụng trong lịch sử nhân loại.
Năm 1899, chính quyền Newyork đã quy định nếu là nhà từ 12 tầng trở lên thì
nhất định phải dùng loại gỗ nhân tạo và gỗ đã được qua xử lý chống cháy. Năm 1984,
pháp lệnh của Nhật quy định đối với nhà cao tầng (>31m), các siêu thị, cửa hàng ăn
uống và những công trình công cộng nhất thiết phải dùng sản phẩm gỗ và cellulose đã
qua xử lý chống cháy ví dụ như đối với gỗ dán, ván sợi hoặc thảm. Chính quyền của
thành phố Quảng Châu Trung Quốc cũng đề ra một nội dung quy định tương tự như
trên trong những năm gần đây [14].
Năm 1907, người ta đã cho các chất MgO, MgCl2, MgBr2 vào các loại ván tương
tự như ván amiăng bây giờ. Do có thành phần Halogen thể hiện tính chống cháy rõ rệt
và ngay lập tức được các nhà sản xuất chấp nhận [17].
Năm 1940, các công trình nghiên cứu của hãng Bankroft đã công bố một số chất
chống cháy vô cơ như chất chống cháy muối bazơ. Các sáng chế của Z.A. Rogovin
cùng các cộng tác viên đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ (chất cloparafin). Năm
1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ như chất chống cháy nhóm Bo,
hợp chất kim loại. Đến năm 1960, S.M. Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ
như chất chống cháy hệ P – N, nhóm Halogen [14].
Vào những năm 1970 đến 1980, các nhà khoa học Liên Xô đã tạo ra chất chống
cháy axit photphoric đa tụ. Chất này tạo ra do các phản ứng của Urê, Mêlamin với axit

 

4


photphoric. Chất chống cháy này được sử dụng nhiều để xử lý các loại vải chống cháy,
gỗ chống cháy, ván dăm, ván sợi [17].

Từ những năm 1970 trở lại đây, hợp chất đa tụ nhóm P – N, chất chống cháy ký
hiệu APP có công thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1 được tạo ra. Nó là một hợp chất dạng
bột màu trắng, có khả năng chống cháy tốt, khả năng tan trong nước 0,1 – 6%. Vào
những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại keo kí hiệu MDPF,
H3PO4.PFAC, H3PO3.MFAC, H3PO4.MFAC có khả năng chống cháy [14].
Hiện nay, các chất chống cháy có chứa photpho đang được ưa chuộng. Lượng
hóa chất chứa photpho trên thế giới hiện nay có khoảng 20 tỷ tấn, được sản xuất nhiều
ở Nga, Mỹ [19].
Đầu thế kỷ 20, các phương pháp chống cháy đầu tiên được đưa vào sản xuất là
phương pháp quét và phương pháp ngâm tẩm chất chống cháy. Vào năm 1970, các nhà
khoa học Trung Quốc đã dùng phương pháp tẩm áp lực và tẩm bằng dòng cao tần [14].
2.2.Tình hình nghiên cứu chống cháy cho gỗ ở Việt Nam
Ở Việt Nam, việc phòng chống cháy cho vật liệu cũng đã được các nhà khoa học
của trường Đại học Phòng cháy chữa cháy, Cục Phòng cháy chữa cháy và Viện An
toàn lao động nghiên cứu. Tuy nhiên, các nghiên cứu đó chủ yếu là chữa cháy. Còn
việc phòng chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ thì có rất ít người nghiên cứu. Đa số
sản phẩm gỗ chống cháy hiện nay trên thị trường được nhập từ nước ngoài hoặc do
nhà sản xuất tự ngâm tẩm các hóa chất nên chưa đúng các phương pháp, kỹ thuật nên
hiệu quả chống cháy chưa đạt tối ưu.
Năm 2004, Quốc Hội nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam đã thông qua
Luật Phòng chống cháy. Trong đó, một trong những yêu cầu bắt buộc đối với gỗ dùng
trong hàng mộc dân dụng, xây dựng là phải có tính chống cháy. Vì vậy, các nhà khoa
học và các nhà sản xuất của ngành Chế biến Lâm sản cần phải có các nghiên cứu và
ứng dụng vào việc sản xuất ra các loại gỗ và sản phẩm gỗ chống cháy.
Ở nước ta cho đến nay chỉ có một số công trình nghiên cứu về chống cháy cho gỗ
và vật liệu gỗ như Luận án Tiến sĩ thuộc Viện Khoa Học Lâm nghiệp Việt Nam của
tác giả Trần Văn Chứ (2001) về “Nghiên cứu tạo ván dăm chậm cháy”. Trong đề tài,
tác giả sử dụng nguyên liệu dùng để sản xuất ván dăm là gỗ bồ đề. Chất chống ẩm của
ván đó là dung dịch paraffin dành cho ván dăm chậm cháy, keo dán là keo U-F. Tác
 

5


giả đã đưa ra được 3 công thức pha chế hóa chất tối ưu, có tác dụng chống cháy tốt
cho ván dăm mà không làm ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý và nhất là có khả
năng ngăn cản cháy có ngọn lửa, cháy có khói và cháy lan tỏa. Tuy nhiên, công thức
chất amoniphotpho từ H3PO4 và Urê (NH2)2CO được tác giả kết luận là phù hợp nhất
trong điều kiện sản xuất của nước ta. Công thức này có ưu điểm là ít ảnh hưởng đến
tính chất cơ lý của ván, giá cả rẻ nhất trong ba công thức pha chế, hòa tan trong nước
ở mọi tỷ lệ, hầu như không độc hại, khả năng chống cháy đáp ứng được yêu cầu theo
tiêu chuẩn.
Gỗ chống cháy còn gọi là gỗ chậm cháy, thực chất là người ta ứng dụng một số
chất hóa học bơm thấm vào trong gỗ làm nâng cao tính chịu cháy của gỗ làm cho nó
không dễ bị bắt lửa hoặc người ta che phủ một số vật liệu không bén lửa lên bề mặt
sản phẩm. Thực chất tất cả các vật liệu đều có thể cháy tùy vào môi trường và điều
kiện gây cháy. Do đó, vật liệu được cho chất chống cháy còn được gọi là vật liệu
chậm cháy.
Những điều đó thực chất là một phương pháp xử lý nhằm phòng ngừa sự bén lửa
hoặc trì hoãn sự cháy. Các chất hóa học đã được sử dụng gọi là chất chống cháy hay
chất chậm cháy. Vì vậy, cần tiếp tục nghiên cứu tính năng và sản xuất chất chậm cháy,
tìm hiểu cơ chế cháy, tìm hiểu sự ảnh hưởng của xử lý chống cháy đối với tính năng
của gỗ, nắm bắt kỹ thuật xử lý chống cháy. Trên cơ sở đó có thể thực hiện chống cháy
cho gỗ đạt được chất lượng cao, giá thành hạ. Việc chống cháy cho gỗ có liên quan
đến hợp chất hữu cơ, vô cơ, cao phân tử và công nghệ gia công chế biến gỗ nên việc
nghiên cứu chống cháy cho gỗ cũng đã thúc đẩy sự phát triển một số ngành liên quan.
2.3. Nhận xét chung về tình hình nghiên cứu chống cháy
Qua quá trình tìm hiểu về tình hình nghiên cứu chống cháy ở các nước trên thế
giới, chúng tôi nhận thấy các nhà khoa học của Liên Xô cũ, Mỹ, Đức, Phần Lan, Thụy
Điển, Nhật Bản, Trung Quốc… đã có những nghiên cứu về chống cháy cho gỗ và các

sản phẩm từ gỗ theo các hướng như: quá trình cháy, các phương pháp phân tích cơ,
nhiệt trong quá trình cháy vật liệu, cơ chế chống cháy, các chất chống cháy và các
phương pháp chống cháy… Tuy nhiên, các công bố đó chỉ có giá trị tham khảo chứ
không thể áp dụng trực tiếp vào một loại gỗ cụ thể nào đó. Ta có thể nhận định về các
hướng nghiên cứu chống cháy cho gỗ và các sản phẩm từ gỗ như sau:
 

6


Về quá trình cháy của gỗ và sản phẩm gỗ: Đã có những nghiên cứu khá sâu về
động học và sự phân chia các giai đoạn về quá trình cháy của gỗ. Các sản phẩm tạo ra
trong quá trình cháy của gỗ cũng đã được nghiên cứu rất kỹ. Bên cạnh đó, các nhà
khoa học cũng đã đưa ra rất nhiều phương pháp, nhiều dụng cụ để tiến hành nghiên
cứu quá trình cháy của gỗ. Na Bin Zhon Dingguo (1997) cho rằng, quá trình cháy của
gỗ giống quá trình cháy của ván dăm. Trong khi đó, đa số các nhà khoa học khác đều
nhận định quá trình cháy của ván dăm khác gỗ [14]. Mặt khác, việc nghiên cứu động
học quá trình cháy của gỗ như sự thay đổi nhiệt độ bên trong mẫu thử, thời gian bén
lửa, cháy có ngọn lửa và cháy âm ỉ khi đốt cháy mẫu chưa có số liệu cụ thể nào công
bố. Từ đó, việc đề ra cơ chế chống cháy và lựa chọn chống cháy hợp lý cho từng loại
gỗ chưa thống nhất và đúng đắn.
Các chất chống cháy cho gỗ được nêu ra khá đầy đủ. Tuy nhiên, chưa có công
trình nghiên cứu nào nêu ra loại hóa chất cụ thể nào là phù hợp để sử dụng chống cháy
cho một loại gỗ cụ thể nào đó và hàm lượng dùng hợp lý là bao nhiêu. Do đó hướng
nghiên cứu của đề tài là tạo ra gỗ cao su chậm cháy nhưng vẫn đảm bảo tính chất cơ
học và vật lý của gỗ để sử dụng trong sản xuất hàng mộc. Bên cạnh đó, gỗ vẫn có thể
thấm keo tốt sau khi xử lý chống cháy. Quy trình sản xuất phải đơn giản, dễ thực hiện.
Hóa chất sử dụng phải có giá thành hợp lý, ít độc hại cho người sử dụng và không làm
biến đổi màu sắc của gỗ cao su.

 

7


Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Nội dung nghiên cứu
 Khảo sát những đặc điểm cấu tạo, tính chất của gỗ cao su liên quan đến công
nghệ xử lý chống cháy.
 Lựa chọn hóa chất chống cháy cho gỗ cao su.
 Tiến hành thí nghiệm, xử lý số liệu, xác định giá trị các thông số tối ưu của
các thông số công nghệ gồm nồng độ dung dịch hóa chất chống cháy và thời gian
ngâm hóa chất xử lý gỗ cao su.
 Kiểm tra các chỉ tiêu, tính chất của mẫu gỗ thí nghiệm sau khi xử lý hóa chất
chống cháy:
- Màu sắc gỗ
- Độ bền uốn tĩnh
- Khả năng chống nấm mốc
- Khả năng chống cháy (gồm thời gian bén lửa, mức tổn thất khối lượng của
mẫu gỗ cao su)
 Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế
 Đề xuất công nghệ xử lý chống cháy cho gỗ cao su
3.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thí nghiệm cũng như
kết quả nghiên cứu. Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu là rất cần thiết.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để lựa chọn cho quá trình thí nghiệm. Tuy
nhiên, có hai phương pháp được sử dụng phổ biến là phương pháp cổ điển và phương
pháp quy hoạch thực nghiệm.

 

8


3.2.1.Phương pháp cổ điển
Phương pháp cổ điển là phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên. Giả sử ta có n yếu tố
cần nghiên cứu thì phương pháp này được tiến hành như sau:
Chỉ cho một yếu tố x1 thay đổi và cố định các yếu tố x2, x3, …, xn. Kế đến, lần
lượt thay đổi yếu tố x2, cố định các yếu tố x1, x3, …, xn.
Kết quả thu được rất nhiều giá trị độc lập với nhau.
 Ưu điểm: đơn giản, dễ thực hiện.
 Khuyết điểm: độ chính xác không cao, không thể hiện được mối liên hệ
giữa các yếu tố, không chủ động được quá trình thí nghiệm, số lần thí nghiệm lớn, tốn
kém về thời gian và chi phí thực hiện quá trình nghiên cứu.
3.2.2.Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm là phương pháp chủ động, có hoạch định
trước. Ngoài ra, ta cũng có thể thay đổi đồng thời các yếu tố tham gia thí nghiệm. Đối
tượng nghiên cứu của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành kỹ thuật là một quá
trình, một cơ cấu hoặc một hiện tượng có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần
nghiên cứu.
 Ưu điểm: dễ tiến hành thí nghiệm, đối tượng nghiên cứu đa dạng, chỉ quan
tâm tới các yếu tố đầu vào và đầu ra. Ngoài ra, ta có thể khống chế các yếu tố đầu vào
hoặc làm giảm sự ảnh hưởng của các yếu tố khác tác động tới, số lần thí nghiệm ít, tiết
kiệm được thời gian cũng như chi phí. Phương pháp này nhằm xây dựng phương trình
tương quan hồi quy, rất thuận tiện cho việc tìm ra phương pháp tối ưu.
 Nhược điểm: phương pháp này thiết lập phương trình tương quan nhiều ẩn
gây khó khăn cho việc tính toán. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được giải quyết một
cách nhanh chóng và dễ dàng nhờ vào sự hỗ trợ của các phần mềm máy tính.

Từ những ưu nhược điểm của phương pháp cổ điển và phương pháp quy
hoạch thực nghiệm, chúng tôi chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm cho quá
trình nghiên cứu để xác định mối tương quan giữa các thông số đầu vào và các
thông số đầu ra.
Trong quy hoạch thực nghiệm, người ta lại sử dụng những phương pháp khác
nhau để xây dựng mô hình hồi quy. Tùy theo cách phối hợp các yếu tố vào mỗi
phương pháp mà độ chính xác của mô hình khác nhau. Để bố trí các thí nghiệm sao
 

9


cho số thí nghiệm ít, tính toán gọn, bảo đảm mức chính xác, chúng tôi đã chọn quy
hoạch trực giao cấp 2.
 Hàm mục tiêu như sau :
Yj = b0 +

n

 bi  X i +
i 1

n

 bij  X i X j +

i  j 1

n

b
i 1

ii

 X 2i

Trong đó :
Yj : các yếu tố đầu ra
Xj : các yếu tố đầu vào
b0 : các số hạng tự do
bi, bj, bij : các hệ số hồi quy tuyến tính cần xác định
Hàm mục tiêu chúng tôi nghiên cứu có dạng Y=f (X1,X2). Trong đó :
X1 : Nồng độ dung dịch hóa chất chống cháy (%)
X2 : Thời gian ngâm hóa chất xử lý gỗ (h)
Bảng 3.1: Biến thiên của các yếu tố nghiên cứu
Mức và khoảng Giá trị
biến thiên

mã

Mức sao trên

+

Mức trên

+1

Mức cơ sở

0

Mức dưới

-1

Mức sao dưới

-

Khoảng
thiên

biến

Giá trị thực của các thông số
X1 (N) : Nồng độ dung dịch X2 (T): Thời gian ngâm
hóa chất chống cháy (%)

hóa chất xử lý gỗ (h)



Ngoài các yếu tố này, các yếu tố còn lại như : độ ẩm của gỗ trước khi tẩm, nhiệt
độ phòng tẩm, độ tinh khiết của dung dịch hóa chất xử lý gỗ… được khống chế cố
định trong suốt quá trình thí nghiệm.

 

10


3.2.3. Phương pháp thí nghiệm
3.2.3.1.Phương pháp chọn mẫu gỗ thí nghiệm
Gỗ cao su là loại gỗ được lựa chọn nghiên cứu trong đề tài. Gỗ tròn được vận
chuyển từ Lâm trường cao su huyện Dầu Tiếng thuộc tỉnh Bình Dương về công ty
Nam Trung và được công ty cưa xẻ thành các thanh gỗ để từ đó sản xuất thành các
mẫu gỗ cho thí nghiệm. Để quá trình nghiên cứu đạt độ chính xác cao, chúng tôi tiến
hành chọn những thanh gỗ tươi chưa qua xử lý, không có khuyết tật như nấm, mốc,
mục mắt sống, mắt chết, bạnh vè, u bướu…
Những thanh gỗ sau khi hong phơi tự nhiên đem gia công bề mặt và cắt định
dạng thành các mẫu thí nghiệm phù hợp với tiêu chuẩn của từng chỉ tiêu khảo sát. Để
xác định thời gian bén lửa và mức tổn thất khối lượng, ta gia công mẫu gỗ có quy cách
12,7 x 12,7 x 76,2 mm. Để xác định độ bền uốn tĩnh của thanh gỗ đã được xử lý hóa
chất chống cháy, ta gia công mẫu gỗ có quy cách 25x 25x 410 mm.
Do các loại gỗ nói chung và gỗ cao su nói riêng là loại vật liệu có độ biến động
cao theo vị trí thân cây nên việc lấy mẫu và phân bố mẫu cần đảm bảo sự khác biệt và
sai lệch chuẩn về các tính chất khảo sát là nhỏ nhất để giảm được sai số chủ quan khâu
lấy và phân bố mẫu.
Tương ứng cho từng chỉ tiêu khảo sát, chúng tôi chọn các mẫu trong cùng một
phách gỗ và chọn vị trí tương đối giống nhau theo trục thân cây và phân bố đều cho
các lô thí nghiệm nên có thể xem các mẫu tương đối đồng nhất về tính chất. Các mẫu
gỗ thí nghiệm bao gồm mẫu đối chứng không xử lý hóa chất chống cháy và mẫu làm
thí nghiệm có xử lý hóa chất chống cháy.
3.2.3.2.Phương pháp pha chế hóa chất chống cháy
Để đảm bảo độ tinh khiết của dung dịch hóa chất xử lý chống cháy cho gỗ, không
làm ảnh hưởng đến tác dụng tương trợ của hỗn hợp các chất trong thành phần dung
dịch chống cháy, góp phần nâng cao tính chính xác của các số liệu thí nghiệm, chúng
tôi đã tiến hành pha chế hóa chất bằng nước cất ở nhiệt độ 500C.

3.2.3.3.Phương pháp xử lý gỗ
Do thời gian thực hiện đề tài có giới hạn, điều kiện tiến hành thí nghiệm còn
thiếu thốn nhiều thiết bị và gỗ cao su là loại gỗ mềm, xốp, khả năng thấm hút chất
chống cháy tốt nên chúng tôi chọn phương pháp ngâm thường. Mặt khác, mẫu gỗ dùng
 

11


để ngâm tẩm tương đối nhỏ nên dù chọn phương pháp ngâm thường nhưng vẫn đảm
bảo lượng thuốc thấm sâu vào bên trong gỗ, làm chậm khả năng bắt lửa của gỗ.
Phương pháp ngâm thường được thực hiện dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ
trong phòng thí nghiệm. Ngâm gỗ vào dung dịch chống cháy có nồng độ thấp làm cho
gỗ thấm hút chất chống cháy. Thời gian quyết định bởi lượng chất chống cháy cần
phải thấm vào và tính chất của gỗ để quyết định.
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện, không đòi hỏi trang
thiết bị phức tạp, trong sản xuất có thể tẩm tập trung với khối lượng lớn, thích hợp với
các loại gỗ có tính thấm tốt như gỗ cao su. Nhược điểm là thời gian xử lý gỗ còn kéo
dài, đối với một số loại gỗ khó thấm, nếu ngâm thường khó đáp ứng yêu cầu về chất
lượng xử lý. Phương pháp này không áp dụng được ở nơi có khối lượng gỗ cần tẩm
nhỏ vì sẽ gây lãng phí lượng thuốc ngâm còn trong bồn tẩm.
3.2.3.4.Phương pháp sấy và đốt mẫu
Trước khi tiến hành đốt mẫu gỗ thí nghiệm đã được xử lý hóa chất cũng như mẫu
gỗ đối chứng không được xử lý hóa chất, ta đều phải sấy các mẫu này về độ ẩm 7%
bằng tủ sấy trong phòng thí nghiệm như hình 3.1. Do mẫu gỗ quá nhỏ, không thể tiến
hành đo độ ẩm mẫu bằng các máy đo độ ẩm thông thường nên ta phải sấy cho các mẫu
khô kiệt, sau đó cho chúng hút ẩm lên độ ẩm 7%.
Phương pháp sấy khô kiệt như sau : Cho mẫu gỗ vào tủ sấy, điều chỉnh nhiệt độ
khoảng 800C. Gỗ khô kiệt là gỗ lấy ở tủ sấy sau 3 lần cân liên tiếp nhau (mỗi lần cách
nhau 1 giờ) chênh lệch không quá 0,3% [10].

Hình 3.1: Phương pháp sấy mẫu gỗ thí nghiệm

 

12


Tiến hành cân các mẫu gỗ trước khi đốt nhằm xác định khối lượng mẫu gỗ trước
khi đốt, từ đó tính toán được mức tổn thất khối lượng sau khi đốt. Mẫu phải được bao
bọc kỹ, tiến hành cân nhanh nhằm hạn chế ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến độ
chính xác của các thông số đo được.
Phương pháp đốt được thực hiện trong đề tài này là phương pháp cháy 450 [17].
Phương pháp cháy 450 còn được gọi là phương pháp cháy trong phòng nhỏ, phương
pháp cháy mặt nghiêng. Phương pháp này được thực hiện như sau :
Đem mẫu gỗ cần đốt đặt vào một giá đỡ nghiêng 450, nguồn lửa là đèn cồn được
cố định nhiệt độ là 6000C. Nguồn lửa và bề mặt của mẫu tạo thành 1 góc 450. Canh
thời gian mẫu bén lửa bằng đồng hồ bấm giây. Sau khi mẫu gỗ cháy được 2 phút, quan
sát tính tự cháy, chỉ tiêu chống cháy căn cứ vào sự giảm khối lượng mẫu sau khi cháy.
3.2.4.Phương pháp bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm gồm 3 loại thí nghiệm :
Loại 1: Gồm N1 = 2n thí nghiệm toàn phần. Yêu cầu phải đảm bảo tính được tất cả các
hệ số hồi quy tuyến tính bj và tương tác cặp đôi bij. Tác động của chúng không bị trộn
lẫn với nhau.
Loại 2 (phần tâm) : Gồm N0 (N0  1) thí nghiệm ở tâm miền quy hoạch, tại đó giá trị mã
của các thông số bằng 0.
Loại 3 : Nα = 2n thí nghiệm bố trí trên các trục tọa độ, cách gốc tọa độ một đoạn  > 0
sao cho ma trận X trực giao, tức là ta lấy xj =  .
Số thí nghiệm cần tiến hành trong đề tài này là :
N= N1+ N0+ N= 2n+ 2n+ N0

Trong đó :
n là số yếu tố thí nghiệm (n=2)
N1= 2n

: số thí nghiệm tuyến tính

N= 2n : số thí nghiệm tại điểm sao (- và +)
N0

: số thí nghiệm tại điểm không (mức cơ sở)

N0= 6, = 1,414
Vậy số thí nghiệm là :
N = 22+ 2*2+ 6 = 14 (thí nghiệm)
Lập kế hoạch thực nghiệm ở dạng mã hóa như bảng 3.2.
 

13


Bảng 3.2 : Ma trận thí nghiệm ở dạng mã hóa
Stt thí nghiệm

X1

X2

X12

X22

X1*X2

1

+1

+1

1

1

1

2

+1

-1

1

1

-1

3

-1

+1

1

1

-1

4

-1

-1

1

1

1

5

-1,414

0

2

0

0

6

0

-1,414

0

2

0

7

+1,414

0

2

0

0

8

0

+1,414

0

2

0

9

0

0

0

0

0

10

0

0

0

0

0

11

0

0

0

0

0

12

0

0

0

0

0

13

0

0

0

0

0

14

0

0

0

0

0

Y1

Y2

Trong đó :
Mức cao nhất (max) kí hiệu : +1
Mức thấp nhất (min) kí hiệu : -1
Mức cơ sở (normal) kí hiệu : 0
Mức bổ sung kí hiệu : ± 1,414

3.2.5.Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm
Áp dụng phương pháp phân tích phương sai (Anova) để đánh giá mức độ ảnh
hưởng của thông số nghiên cứu đến quá trình nghiên cứu chỉ là ngẫu nhiên hay thực sự
có ảnh hưởng. Phương pháp này giúp loại bỏ các yếu tố ít làm ảnh hưởng đến quá
trình nghiên cứu. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp kiểm tra độ tin cậy các hệ số
hồi quy và mức độ phù hợp của mô hình lựa chọn theo tiêu chuẩn Fisher khi thực
nghiệm.
Nội dung xử lý số liệu bao gồm:
- Xác định các chỉ tiêu, thông số kỹ thuật qua thực nghiệm.
 

14