Ảnh hưởng của chế độ xử lý thủy nhiệt đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ keo lá tràm (acacia auriculiformis)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

TRẦN THỊ HUÊ

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THUỶ - NHIỆT
ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ, CƠ HỌC
CỦA GỖ KEO LÁ TRÀM (Acacia auriculiformis)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

TRẦN THỊ HUÊ

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THUỶ - NHIỆT
ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ, CƠ HỌC
CỦA GỖ KEO LÁ TRÀM (Acacia auriculiformis)

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. PHẠM VĂN CHƯƠNG

Hà Nội, 2011


i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Lâm nghiệp
theo chương trình đào tạo sau đại học chuyên ngành Kỹ thuật máy, thiết bị và
cơng nghệ gỗ, giấy khố 2009-2011, tơi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ
của nhiều tập thể và cá nhân.
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật, tơi xin bày tỏ lịng biết
ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Văn Chương đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn
tơi trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô giáo
và cán bộ của khoa Sau đại học, khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thực
nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng, Trung tâm thí nghiệm
khoa Chế biến lâm sản, Trung tâm thư viện của Trường Đại học Lâm Nghiệp
đã tận tình giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, cán bộ, giáo viên Trường Cao
đẳng nghề Công nghệ và Nông Lâm Đông Bắc đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất giúp tơi hồn thành nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp đã ln giành sự động viên, giúp đỡ tơi hồn thành tốt bản luận
văn này.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Số liệu thu thập
và kết quả tính tốn trong bản luận văn là trung thực và được trích dẫn rõ
ràng.

Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2011
Tác giả

Trần Thị Huê


ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
Mục lục .............................................................................................................. ii
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ................................................................... v
Danh mục các bảng ......................................................................................... vii
Danh mục các hình .......................................................................................... vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..............................................3

1.1. Sơ lược về nghiên cứu ngoài nước..................................................... 3
1.2. Sơ lược về nghiên cứu trong nước ..................................................... 9
Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................................12

2.1. Mục tiêu................................................................................................ 12
2.1.1. Mục tiêu tổng quát ........................................................................ 12
2.1.2. Mục tiêu cụ thể .............................................................................. 12
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 12
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 12
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 12
2.3. Nô ̣i dung nghiên cứu ............................................................................ 13

2.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 14
2.4.1. Phương pháp lý thuyết .................................................................. 14
2.4.2. Phương pháp thực nghiệm ............................................................ 14
2.5. Phương pháp xử lý số liệu.................................................................... 18
2.6. Ý nghĩa của luận văn ............................................................................ 20
2.6.1. Ý nghĩa khoa học .......................................................................... 20


iii
2.6.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................... 20
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..........................................................................21

3.1. Khái niệm biến tính gỗ ........................................................................21
3.2. Khái niệm biến tính thuỷ - nhiệt ..........................................................22
3.3. Khái lược về cơ sở khoa học của biến tính gỗ......................................23
3.4. Lý thuyết về biến tính thủy - nhiệt ....................................................... 31
3.5. Cơ chế của biến tính thủy nhiệt .......................................................... 34
3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính thuỷ - nhiệt .......... 35
3.6.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến chất lượng gỗ biến tính thuỷ
nhiệt ................................................................................................................35
3.6.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến chất lượng gỗ biến tính thuỷ
nhiệt ................................................................................................................36
3.6.3. Ảnh hưởng của một số yếu tố khác đến chất lượng gỗ biến tính
thuỷ nhiệt ........................................................................................................37
3.7. Một số đặc điểm, tính chất của gỗ liên quan đến tính chất vật lý, cơ học
của gỗ .............................................................................................................38
3.7.1. Đặc điểm cấu tạo gỗ......................................................................38
3.7.2. Một số tính chất của các thành phần trong gỗ...............................38
3.7.3. Biến đổi cấu trúc và tính chất gỗ dưới tác động của nhiệt độ cao.40
Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................45

4.1. Thực nghiệm ........................................................................................ 45
4.1.1. Nguyên liệu dùng trong thí nghiệm ............................................. 45
4.1.2. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị ............................................................. 48
4.1.3. Quy trình thí nghiệm ....................................................................49
4.2. Phương pháp xác định tính chất cơ lý gỗ ............................................. 51
4.2.1. Xác định tính chất vật lý ...............................................................51
4.2.2. Xác định tính chất cơ học .............................................................52


iv
4.3. Kết quả thực nghiệm ……………………………………………….52
4.3.1. Một số tính chất cơ lý của gỗ Keo lá tràm chưa xử lý thuỷ - nhiệt
................................................................................................................. 52
4.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ - nhiệt đến tính
chất vật lý của gỗ Keo lá tràm................................................................. 53
4.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ - nhiệt đến tính
chất cơ học của gỗ Keo lá tràm ............................................................... 58
4.4. Đánh giá kết quả nghiên cứu ...............................................................65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT

Ký hiệu

Tên gọi

Đơn vị

1

T

Nhiệt độ

2

t

Thời gian

3



Khối lượng thể tích

4

ASE

Hệ số chống trương nở

%

5

WRE

Hiệu suất chống hút nước

%

6

ms

Khối lượng mẫu sau khi ngâm

g

7

mo

Khối lượng mẫu khô kiệt

g

8

T1

Hút nước trung bình của mẫu đối chứng

%

9

T2

Hút nước trung bình của mẫu xử lý

%

10

ac (v)

Trương nở thể tích trung bình của mẫu đối chứng

%

11

at (v)

Trương nở thể tích trung bình của mẫu xử lý

%

12

Vs

Thể tích mẫu sau khi ngâm

Cm3

13

V0

Thể tích mẫu sau khi sấy

Cm3

14

MOR

Độ bền uốn tĩnh

MPa

15

ed

Độ bền nén dọc thớ

MPa

16

en

Độ bền nén ngang

MPa

0

C

h
g/cm3


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

2.1

Chế độ xử lý thuỷ nhiệt cho gỗ Keo lá tràm

15

4.1

Một số tính chất hố học của gỗ Keo lá tràm

47

4.2

Tính chất cơ lý chủ yếu của gỗ Keo lá tràm

53

4.3

Thông số chủ yếu của cây lấy mẫu

48

4.4

Các chế độ xử lý thuỷ nhiệt

50

4.5

Kích thước mẫu xác định tính chất vật lý của gỗ

51

4.6

Kích thước mẫu xác định tính chất cơ học

52

4.7

Khối lượng thể tích của gỗ Keo lá tràm (g/cm3)

53

4.8

Hệ số chống trương nở ASE của gỗ Keo lá tràm (%)

55

4.9

Hiệu suất chống hút nước của gỗ Keo lá tràm (%)

57

4.10

Độ bền uốn tĩnh của gỗ Keo lá tràm (MPa)

59

4.11

Độ bền nén dọc thớ của gỗ Keo lá tràm (MPa)

60

4.12

Độ bền nén ngang xuyên tâm của gỗ Keo lá tràm (MPa)

62

4.13

Độ bền nén ngang tiếp tuyến của gỗ Keo lá tràm (MPa)

63

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý đến tính chất vật
4.14

lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm

66


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

3.1

Sự thay đổi trong tế bào gỗ do biến tính

21

3.2

Phân tử cellulose

24

3.3

Hợp chất cao phân tử cellulose dưới dạng 3D

25

3.4

Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose

26

3.5

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

26

3.6

Sợi hemicellulo trong vách tế bào gỗ

28

3.7

Vị trí của lignin trong vách tế bào gỗ

28

3.8

Mơ hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước

41

4.1

Thiết bị xử lý thuỷ nhiệt

49

4.2

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với khối lượng thể tích

54

4.3

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với ASE

55

4.4

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với WRE

57

4.5

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền uốn tĩnh

59

4.6

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền nén dọc thớ

61

4.7

4.8

Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền nén ngang
xuyên tâm
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ xử lý với độ bền nén ngang
thớ tiếp tuyến

63

64


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Gỗ là vật liệu quan trọng trong đời sống dân sinh cũng như trong kiến
thiết của nhà nước. Gỗ sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quốc phịng,
giao thơng, dệt, xây dựng nhà cửa kiến trúc, đường sắt, hầm mỏ, bến cảng, âm
nhạc, đồ mộc... bởi hàng loạt các ưu điểm như có hệ số phẩm chất cao, mềm,
dễ gia cơng, chế biến, có mầu sắc, vân thớ đẹp, dễ trang sức, ... Bên cạnh đó
gỗ cũng có nhiều nhược điểm như dễ bị sâu nấm, cơn trùng phá hoại và có
khả năng hút, nhả ẩm dẫn đến bị thay đổi kích thước, hơn nữa gỗ là vật liệu dị
hướng nên mức độ thay đổi kích thước theo các chiều khơng giống nhau, vì
thế gỗ dễ bị biến hình, cong vênh, nứt nẻ. Có thể nói đây là nhược điểm lớn
nhất của gỗ khi sử dụng gỗ là vật liệu. Tính co rút, dãn nở của gỗ khơng chỉ
gây khó khăn trong q trình gia cơng, chế biến, sử dụng mà còn hạn chế khả
năng sử dụng gỗ trong mơi trường có sự biến động lớn về độ ẩm. Chính vì thế
nghiên cứu tìm ra giải pháp cơng nghệ nâng cao tính chất vật lý, cơ học của
gỗ là vơ cùng cần thiết.
Biến tính gỗ là một hướng mới để khắc phục một hay nhiều nhược điểm

của gỗ bằng cách thay đổi tính chất của gỗ. Mục đích của biến gỗ là giảm khả
năng hút ẩm của gỗ, cải thiện tính ổn định kích thước, tăng khả năng chống sự
phá hoại của sinh vật và vi sinh vật hại gỗ, tăng khả năng chống chịu môi
trường .... mà khơng gây độc hại [1].
Biến tính gỗ có rất nhiều phương pháp. Trong những năm gần đây ở các
nước phát triển như Mỹ, Nhật, Nga, Phần Lan, Trung Quốc.... đang sử dụng
các phương pháp biến tính nhiệt cơ, hố cơ, hoá học, nhiệt học, bức xạ - hoá
học, nano, enzyme. Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt và
khơng nén chặt. Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ
tăng tỷ trọng, polyme hoá. Tuy nhiên, nhiều trong số các phương pháp đó có
tác động xấu tới mơi trường và phương pháp được xem là hữu hiệu nhất là


2
phương pháp xử lý thuỷ - nhiệt. Theo kết quả của nhiều cơng trình nghiên cứu
ngồi nước gỗ được xử lý thuỷ nhiệt có tính ổn định kích thước cao, khả năng
chống mối mọt và độ bền cơ học tăng so với gỗ không xử lý. Đặc điểm hết
sức quan trọng của phương pháp này là khơng dùng hố chất do đó rất thân
thiện với mơi trường và con người. Trên thế giới phương pháp biến tính nói
chung và phương pháp xử lý thuỷ - nhiệt nói riêng đã phát triển mạnh nhưng
ở Việt Nam vấn đề thuỷ - nhiệt gỗ vẫn chưa được nghiên cứu. Vì thế để nâng
cao chất lượng và sử dụng hợp lý gỗ nhưng không gây ô nhiễm môi trường,
luận văn đã lựa chọn gỗ Keo lá tràm một loại gỗ rừng trồng đang được sử
dụng rộng rãi ở nước ta với nhiều ưu điểm về tốc độ sinh trưởng, màu sắc, trữ
lượng ... để xử lý bằng phương pháp thuỷ - nhiệt.
Được sự đồng ý của khoa Sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, dưới
sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Văn Chương tôi tiến hành làm
luận văn:
“Ảnh hưởng của chế độ xử lý thuỷ - nhiệt đến một số tính chất vật lý,
cơ học của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis)”

3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Sơ lược về nghiên cứu ngoài nước
Gỗ là vật liệu xốp, rỗng, mao dẫn, dị hướng có khả năng trao đổi ẩm với
mơi 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 biến tính gỗ.
Các cơng trình nghiên cứu gỗ biến tính đã được thực hiện từ khá lâu. Sản
phẩm gỗ biến tính có nhiều tính chất được cải thiện so với gỗ nguyên.
Biến tính gỗ với melamine formaldehyde nâng cao khả năng chịu nước,
chịu ẩm và tính ổn định kích thước, cường độ cơ học của gỗ cũng được cải
thiện đáng kể. Gỗ Sugi biến tính với dung dịch melamine formaldehyde có
trọng lượng phân tử thấp, với hàm lượng rắn 25% đã đạt đến độ trương nở
vách tế bào (BE) 5% và độ ổn định kích thước (ASE) 42%, những trị số này
không bị giảm đáng kể qua các chu kỳ sấy khô, ngâm nước của mẫu gỗ biến
tính; đồng thời cường độ uốn MOR và MOE của gỗ biến tính cũng tăng lần
lượt 18% và 10% so với gỗ đối chứng [27].
Ngoài ra, gỗ biến tính với melamine formaldehyde có khả năng làm giảm
sự phá huỷ của các loại nấm mục và nấm biến màu, cũng như tăng khả năng
chống chịu các điều kiện môi trường [28]. Gỗ European larch được ngâm tẩm
với dung dịch melamine formaldehyde ở hàm lượng rắn thấp (7.5%) cũng
đem đến hiệu quả chống nấm mục nâu và nấm mục trắng đáng kể [31].
Biến tính gỗ bằng phương pháp axetyl hố, axetyl hố là q trình gỗ
chịu tác động của dung dịch anhydrit axetic, khi đó phần lớn các nhóm
hydroxyl OH của các thành phần tạo nên vách tế bào (cellulose,

4
hemicellulose, lignin) được thay thế bởi nhóm axetyl có tính kỵ nước
(hydrophobic) CH3COO- [5].
Tại Thụy Điển đã tiến hành nghiên cứu thành cơng cơng nghệ axetyl hố
sợi gỗ để sản xuất ván sợi có tính chống ẩm và nấm mốc. Năng suất khoảng
4000 tấn sợi gỗ được axetyl hoá trong một năm. Đây là kết quả nghiên cứu
của nhiều viện nghiên cứu, trường Đại học nghiên cứu về biến tính gỗ:
Chalmers University ở Goteborg, Sweden và USA, Phịng thí nghiệm Lâm
sản ở Madison, Wisconsin (Rowell và cộng sự, 1986) hợp tác với British
Petroleum ở Hull, UK [5].
Stamm, Seborg (1955) và Stamm (1964) đã thành công khi cho thực hiện
phản ứng giữa nhóm hydroxyl với anydric axetic và pyridin ở dạng khí.
Pyridin hoạt động như một chất gây trương nở tế bào và là chất xúc tác cho
phản ứng tạo este. Hệ số chống dãn nở có thể đạt đến 80% với độ axetyl hoá
khoảng 25%. Tarkow (1950) và Goldstein (1961) đã tiến hành q trình
axetyl hố ở dạng khí và dung dịch lỏng cho gỗ xẻ từ gỗ Vân sam có kích
thước 5 x12 x120 cm trong thời gian từ 8-16 h, mức độ axetyl hoá đạt 20-22%
và hệ số chống dãn nở đạt đến 80%.
M. V. Grinberg, D. V. Okonov (Látvia) đã nghiên cứu ổn định kích
thước gỗ Bạch dương bằng anhyđrit axetic kết hợp với xử lý nhiệt. Kết quả
cho thấy độ dãn dài của gỗ Bạch dương sau khi được xử lý ở nhiệt độ 170 0C
trong 6 giờ và axetyl hoá trong 6 giờ giảm 3,3 lần so với gỗ khơng xử lý.
Biến tính gỗ bằng phương pháp xử lý nhiệt, ở nhiệt độ cao có thể làm
giảm đáng kể tính hút ẩm của gỗ, nguyên nhân chính là có sự thuỷ phân phần
ưa nước nhất của gỗ- hemicellulose làm giảm số lượng nhóm OH có trong gỗ
dẫn đến tính hút ẩm của gỗ nói chung giảm. Theo F. Kolmal và A. Sneider
tính hút ẩm của gỗ giảm đi khi nhiệt độ làm nóng gỗ 70 0C và lớn hơn. Hiệu
quả ổn định lớn nhất khi làm nóng gỗ ở 1800C và cao hơn trong 24 giờ. Tính

5
hút ẩm của gỗ được xử lý nhiệt có thể giảm 2 lần. Thế nhưng phương pháp
này chỉ áp dụng với mẫu gỗ mỏng, với gỗ có chiều dày lớn nó ít được áp dụng
do tác động của nhiệt độ cao trong thời gian dài làm giảm cường độ cơ học
của gỗ. Trong công nghệ chế biến gỗ xử lý nhiệt được áp dụng cho sản xuất
ván dăm, ván sợi chịu nước. Hiện nay xu hướng này cũng đang được phát
triển mạnh ở châu Âu, đặc biệt là ở Phần Lan, Pháp [1], [30].
Burmester và một số tác giả phát hiện: nguyên nhân chủ yếu nâng cao
tính ổn định kích thước của gỗ You là sau khi gia nhiệt hàm lượng
hemicellulose thuỷ phân giảm xuống. Với các loại gỗ khác qua gia nhiệt xử lý
thì hàm lượng hemicellulose của nó giảm xuống, tính hút ẩm và trương nở so
với gỗ You càng thấp [13].
Chow người Trung Quốc đã đem xử lý nhiệt ván mỏng gỗ Bạch vân sam
trong môi trường khơng khí, khi bề mặt có sự thay đổi màu sắc đồng thời phát
hiện số lượng gốc OH giảm đi, cellulose phát sinh phân giải, độ kết tinh giảm.
Theo Hiroshi Jnno (1993), kết quả sự tăng nhiệt độ sấy gỗ làm giảm tính
hút nước của các polysacharide, độ ổn định kích thước của gỗ tăng lên, song ở
mức độ cao của sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử trong gỗ sẽ làm giảm cường
độ gỗ, tính chống thấm, chống nước tăng lên, màu gỗ trở nên tối hơn, tuy
nhiên, nếu sự hạ bậc, phân đoạn các cấu tử gỗ là nhỏ và sự tạo thành cấu trúc
liên kết là trội hơn thì cơ tính của gỗ sẽ tăng lên [13].
Kết quả nghiên cứu của Hiroshi Jnno (1993), Misatonrimoto và Joeseph
Gril cho thấy xử lý gỗ ở 1800C từ 3 giờ - 10 giờ với áp suất thường làm cho
cường độ, và đặc biệt là mô đun đàn hồi của gỗ tăng nhẹ.
Theo kết quả nghiên cứu của Sergeeva và Miliutina (1960) cho thấy: Khi
xử lý nhiệt 200 – 2600C cho sợi cellulose - lignin thì độ trương nở và hút
nước của sợi giảm đi nhiều do sự biến đổi của lignin và mối liên kết lignin cellulose (các phân tử lignin sẽ bị kết tụ lại dưới tác động của nhiệt độ), đồng

6
thời khi ở nhiệt độ đó làm thành thứ cấp của tế bào bị phân đoạn nhiều, đó là
nguyên nhân làm giảm cường độ gỗ khi xử lý nhiệt độ từ 200 - 2600C.
Theo P.I. issinscôva, dưới tác động của nhiệt độ cao trên 150 0C thì thành
phần pentose bị phân huỷ, nhiệt độ càng cao thì sự phân huỷ càng mạnh và
như vậy cường độ cơ học của gỗ càng giảm nhiều, dưới tác động của nhiệt độ
cao còn xảy ra hiện tượng lignocellulose, nhóm hydroxyl trở nên kém linh
động và ái lực của nó với nước yếu đi làm cho tính hút nước của gỗ giảm đi.
Behbood Mohebby và Ibrahim Sanaei (2005), nghiên cứu ảnh hưởng

của xử lý thuỷ - nhiệt đến tính chất vật lý của gỗ Sồi (Fagus orientalis).
Mẫu gỗ (20x20x20mm) được đặt trong một khoang thép không gỉ, chứa đầy
nước. Mẫu được xử lý ở nhiệt độ 1600C, 1800C và 2000C trong 4, 5 và 6 giờ.
Mẫu gỗ đã xử lý được ngâm trong nước 24 giờ, sau đó sấy khơ, chu kỳ
ngâm/sấy được lặp đi lặp lại 7 lần. Kết quả cho thấy ASE, WRE tăng và khối
lượng thể tích bị giảm nhẹ [23].
Inga JUODEIKIENĖ (2009), đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của xử lý thủy
- nhiệt đến cường độ nén và uốn tĩnh của gỗ Thông. Các mẫu được xử lý ở 60,
80, 100 và 1200C với thời gian 24, 48, 72 và 96 giờ. Kết quả cường độ uốn
tĩnh của gỗ Thông được xử lý nhiệt giảm xuống so với gỗ ban đầu. Sau khi
làm nóng ở nhiệt độ 600C cường độ uốn tĩnh giảm từ 5,13% - 9,0% so với gỗ
chưa được xử lý. Đối với các mẫu xử lý ở nhiệt độ 800C với thời gian khác
nhau làm cho cường độ uốn giảm từ 5,88% - 10,03%. Sau khi làm nóng ở
nhiệt độ 1000C cường độ uốn giảm từ 5,73% - 12,52% và ở nhiệt độ 1200C
cường độ uốn giảm từ 11,46% đến 13,73%. Cường độ nén vng góc với thớ
gỗ sau khi làm nóng ở 600C giảm khoảng 2,2% - 4,7%; ở 800C là 4,6% - 12,7
%; ở 1000C là 6,5% - 8,0% và tại 1200C giảm từ 2,5% - 10%. Sau khi làm
nóng ở 600C, 800C, 1000C và 1200C làm tăng cường độ nén dọc thớ gỗ tương
ứng 6% -14,5%; 8% - 18,3%; 0,1% - 11,7% và 2% - 7,4%. Những kết quả

7
này chỉ ra rằng nhiều thay đổi đáng kể đạt được trong q trình làm nóng ở
nhiệt độ 600C và 800C với thời gian 96 giờ. Sự gia tăng cường độ nén dọc thớ
gỗ có thể được liên quan đến việc thay đổi kết cấu gỗ. Phá hủy hệ thống
hemicenlulose sớm hơn so với cellulose và lignin. Sự xuống cấp của
hemicellulose từ những chuỗi dài chuỗi thành những chuỗi ngắn hơn, có khả
năng chịu nén dọc thớ gỗ tốt hơn. Song cường độ uốn tĩnh và cường độ nén
vng góc với thớ gỗ giảm [26].
Kamdem và cộng sự (2002), xử lý nhiệt tăng sức đề kháng sinh học của
gỗ chống nấm thối. Kamdem et al cho rằng, việc xử lý nhiệt của gỗ giảm
môđun đàn hồi (MOR) khoảng 10 - 50%. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi nhiệt độ
tăng và thời gian xử lý dài thì mơđun đàn hồi trong gỗ Sồi giảm xuống.
Militz (2002), xử lý nhiệt cho gỗ nhằm nâng cao các tính chất khác nhau
của nó, chẳng hạn như chống thấm nước, ổn định kích thước, hệ số chống
trương nở (ASE), chống tia UV.
Yildiz et al (2002), nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số chống
trương nở (ASE) của gỗ Sồi. Chế độ xử lý ở nhiệt độ 1800C với các mức thời
gian là 2, 4 và 10 giờ sau đó thực hiện chu kỳ ngâm sấy. Kết quả thu được hệ
số ASE đặt khoảng 47,64%...
P.Rezayati Charani và cộng sự (2007) “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế
độ xử lý thuỷ nhiệt đến sự ổn định kích thước của gỗ sồi”. Mẫu gỗ được xử lý
ở nhiệt độ khác nhau (1500C, 1600C, 1700C) và thời gian khác nhau (1giờ, 3
giờ, 5 giờ và 7 giờ) trong lị phản ứng. Sau đó thực hiện chu kỳ ngâm/ sấy
mẫu 8 lần. Kết quả hệ số chống trương nở tăng và khối lượng thể tích giảm
cùng với tăng nhiệt độ tiếp xúc và thời gian, ASE cao nhất là 47,43% thu
được ở nhiệt độ 1700C thời gian 1 giờ, nhưng xử lý ở nhiệt độ 1700C ASE có
xu hướng giảm khi thời gian xử lý tăng. Hiệu suất chống hút nước (WRE) của
mẫu gỗ được xử lý ở 1600C, 1700C cao hơn nhiều so với 1500C trong thời

8
gian 1 giờ. Trong thời gian 3 giờ, 5 giờ, giá trị WRE ở 1500C lớn hơn 1600C
và 1700C. Ở 1500C, 1600C, 1700C trong thời gian 1 giờ thì giá trị WRE gần
bằng nhau. WRE lớn nhất là 22,20% thu được khi xử lý ở nhiệt độ 1700C
trong thời gian 1 giờ [30].
Andreja KUTNAR , Milan ŠERNEK (2008), nghiên cứu ảnh hưởng của
chế độ xử lý thuỷ - nhiệt làm thay đổi màu sắc gỗ. Dưới tác động của nhiệt độ
cao và độ ẩm tạo ra sự thay đổi lớn trong cấu trúc gỗ, dẫn đến thay đổi màu
sắc gỗ. Màu sắc gỗ tối hơn khi xử lý ở nhiệt độ cao hơn và thời gian xử lý lâu
hơn. Trong cây gỗ, ánh sáng được hấp thụ chủ yếu bởi lignin ở dưới 50nm và
các chiết xuất phenolic (tannins, flavanoids, stilbenes, quinines) trong
khi cellulose và hemicellulose không hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy.
Trong trường hợp xử lý thủy nhiệt , màu của gỗ trở nên tối hơn. Chắc chắn
rằng những thay đổi màu sắc là do sự mất mát nhỏ 2-4% khối lượng, nhưng
hiệu quả phụ thuộc vào thời gian xử lý và nhiệt độ. Trong xử lý nhiệt với
khơng khí, tỉ lệ giảm độ sáng lên tới 4% khối lượng, gỗ được xử lý thủy nhiệt
tối hơn 50% so với gỗ ban đầu. Màu sắc tối hơn được khẳng định bởi sự hình
thành của các loại giảm cấp có màu từ hemicellulose và những chiết suất
tham gia vào quá trình hình thành màu của gỗ được xử lý thủy nhiệt. Sự thay
đổi màu cũng liên quan đến sự hình thành của các sản phẩm oxy hóa như
quinines. Koch, PULS và BAUCH (2003) đã chỉ ra rằng những thay đổi trong
cấu trúc lignin ảnh hưởng đến màu sắc gỗ và có thể thấy được trong q trình
xử lý nước nóng ở nhiệt độ cao hơn 80°C. Hơi nước có thể bắt đầu phân cắt
của khu phức hợp lignin-polysaccharide bằng việc giải phóng ra các axit hữu
cơ từ các hemicellulose. Mặt khác, giả định rằng một số các tương tác của các
thành phần gỗ trong tế bào dẫn đến sự hình thành của một liên kết lignincarbohydrate thứ mà cuối cùng gây ra sự bạc màu. Do có sự tách biệt của các
nhóm hydroxyl, liên hợp liên kết đơi ở C3 của phân tử lignin có thể được hình

9
thành. Trong quá trình xử lý bằng hơi nước các hợp chất bị hoà tan trong
nước, sự mất màu là do q trình oxy hố và ngưng tụ. Những thay đổi trong
cơ cấu lignin có thể gây ra màu đen sậm và đỏ của gỗ Sồi, trong đó có thể bao
gồm các biến thể màu sắc gây ra bởi chất chiết suất của gỗ, phản ứng lignin
gây ra sự đồng nhất màu đỏ của cây sồi trong thời gian xử lý, sự mất màu bất
thường trong gỗ sồi được gây ra bởi các phản ứng hóa học của phân bố không
đều các hợp chất phenolic [22].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng xử lý thuỷ nhiệt dẫn đến thay đổi trong
thành phần cấu trúc vách tế bào của gỗ. Thành phần hoá học của gỗ bị thay
đổi nhiều nhất dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao là hemicellulo. Sự phá huỷ
của thành phần hemicellulose gia tăng với sự tăng nhiệt độ và thời gian của
quá trình xử lý nhiệt. Chỉ một tỷ lệ nhỏ cellulose và lignin bị phá huỷ ở nhiệt
độ thấp. Sự thay đổi thành phần hoá học của cấu trúc vách tế bào đem đến
một loạt thay đổi các tính chất của gỗ như: nâng cao khả năng chịu nước, ổn
định kích thước và cải thiện độ bền sinh học, màu sắc của gỗ bị sẫm lại ....
1.2. Sơ lược về nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, cơng nghệ biến tính gỗ theo các xu hướng
khác nhau như nâng cao khối lượng thể tích, tính chất cơ vật lý, ổn định kích
thước gỗ đã được nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu. Đặc
biệt các cơng trình nghiên cứu của khoa Chế biến Lâm sản – Trường Đại học
Lâm nghiệp.
Vũ Huy Đại (2008), “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ xử lý ván phủ mặt
từ gỗ Keo lai bằng DMDHEU (akrofix)”. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy sau
khi được xử lý bằng DMDHEU với chất xúc là MgCl 2 ở nhiệt độ 1300C các
tính chất vật lý và hầu hết các tính chất cơ học của ván mỏng gỗ Keo lai xử lý
đều được cải thiện.

10
Nguyễn Thị Thu Hà (2004), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời
gian tẩm nhựa Polyurethane (P – U) đến chất lượng gỗ biến tính”. Sau khi tiến
hành xử lý gỗ Keo lá tràm bằng P – U với các cấp nồng độ 3 – 5 – 7 – 9 –
11% và thời gian từ 1 – 5 ngày thì làm tăng khối lượng thể tích, chống được
sự xâm nhập nắm mốc, hạn chế co rút dãn nở…
Nguyễn Thị Thanh Hải (2005), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ,
thời gian tẩm Urea đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ biến tính”. Kết quả
thu được tỷ lệ co rút và dãn nở của gỗ xử lý bằng Urea sau khi qua nén ép
giảm, tính chất cơ học tăng, khối lượng thể tích tăng, độ bám dính màng phủ
P – U lên bề mặt tốt hơn…
Tạ Thị Phương Hoa (2004), “Nâng cao tính ổn định kích thước gỗ Keo lá
tràm bằng phương pháp axetyl hóa”. Hầu hết các tính chất cơ học được nâng
lên cụ thể là: độ bền ép dọc tăng từ 4,94% đến 16,22%; độ bền ép ngang thớ
tiếp tuyến tăng từ 2,55% đến 26,77%, độ cứng tĩnh tăng 7% đến 22,05%.
Lê Ngọc Phước (2010), “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm tẩm
hóa chất đến tính chất của gỗ biến tính bằng DMDHEU dùng để phủ mặt
ván sàn gỗ công nghiệp”. Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian ngâm tẩm
hóa chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của ván sàn. Độ mài mịn, độ bong
tách màng keo và độ võng do uốn của ván xử lý đều giảm so với ván không
xử lý. Khối lượng thể tích của ván sàn thay đổi khơng đáng kể qua các chế độ
xử lý.
Nguyễn Tất Thắng (2004), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian tẩm U – F (Ure – Formaldehyde) đến chất lượng gỗ biến tính”. Thời gian
xử lý từ 1 – 5 ngày, nồng độ U – F từ 10 – 30%. Kết quả làm cho khả năng co
rút của gỗ giảm. Còn tỷ lệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến, khối lượng thể tích,
ứng suốt ép dọc thớ và ứng suất uốn tĩnh có xu hướng tăng lên khi nồng độ


11

nằm trong khoảng 10 – 25%. Nhưng khi nồng độ tăng từ 25 – 30% thì các
tính chất trên giảm xuống.
Nguyễn Đức Thịnh (2006), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời
gian ngâm tẩm nhựa novolak đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính”.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy: khả năng uốn tĩnh, khả năng nén dọc của gỗ
Bồ đề sau khi xử lý có hướng tăng còn khả năng co rút và khả năng dẫn nở
giảm khi tăng nồng độ và kéo dài thời gian xử lý.
Vũ Văn Toản (2005), “Nghiên cứu khả năng biến tính tăng cường độ
cứng cho gỗ Cao su làm nguyên liệu sản xuất ván sàn”. Sau khi tiến hành xử
lý gỗ Cao su bằng dung dịch nhựa styrene thì màu sắc gỗ không bị thay đổi,
hạn chế được co rút dãn nở, làm tăng cường tính chất cơ lý của gỗ.
Biến tính gỗ trên thế giới và trong nước đã được nghiên cứu nhiều. Song
biến tính thủy – nhiệt cho gỗ Keo lá tràm chưa được nghiên cứu. Chính vì thế
nghiên cứu biến tính thuỷ - nhiệt gỗ Keo lá tràm là hết sức cần thiết.


12
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu
2.1.1. Mục tiêu tổng quát
Nâng cao chất lượng gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) bằng
phương pháp xử lý thuỷ nhiệt.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
Xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ nhiệt đến
một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Gỗ Keo lá tràm 9-10 tuổ i

- Nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ - nhiệt ảnh hưởng đến một số tính chất
vật lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis)
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Gỗ Keo lá tràm 9-10 tuổ i, vùng sinh thái Xuân Mai – Hà Nội
- Nhiệt độ và thời gian xử lý thuỷ nhiệt:
+ Nhiệt độ xử lý ở 3 cấp: 1300C; 1500C; 1700C
+ Thời gian ở 3 cấp tương ứng với: 2h; 4h; 6h
Chế độ xử lý thuỷ nhiệt được thực hiện như bảng 2.1
- Kiểm tra một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm đã qua xử
lý thuỷ - nhiệt:
+ Khối lượng thể tích
+ Hệ số chống trương nở (ASE)
+ Hiê ̣u suấ t chống hút nước (WRE)
+ Độ bền uốn tĩnh


13
+ Độ bền nén dọc thớ
+ Độ bền nén ngang thớ: Xuyên tâm và tiếp tuyến
- Đô ̣ ẩ m của gỗ trước khi xử lý MC = 12 %
Bảng 2.1. Chế độ xử lý thuỷ nhiệt cho gỗ Keo lá tràm

Chế độ

Thông số chế độ xử lý
Nhiệt độ xử lý T (0C)

Thời gian xử lý t (h)

1

130

2

2

130

4

3

130

6

4

150

2

5

150

4

6

150

6

7

170

2

8

170

4

9

170

6

2.3. Nô ̣i dung nghiên cứu
- Xác đinh
̣ một số tính chấ t vâ ̣t lý, cơ ho ̣c của gỗ Keo lá tràm chưa xử lý
- Xác định ảnh hưởng của nhiê ̣t đô ̣ và thời gian xử lý thủy nhiêṭ đế n mô ̣t
số tiń h chấ t vâ ̣t lý của gỗ Keo lá tràm:
+ Khối lượng thể tích
+ Hệ số chống dãn nở (ASE)

+ Hiê ̣u suấ t chống hút nước (WRE)
- Xác định ảnh hưởng của nhiê ̣t đô ̣ và thời gian xử lý thủy nhiêṭ đế n mô ̣t
số tiń h chất cơ học của gỗ Keo lá tràm:
+ Độ bền uốn tĩnh
+ Độ bền nén dọc thớ


14
+ Độ bền nén ngang thớ: Xuyên tâm và tiếp tuyến
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp lý thuyết
Kế thừa các cơng trình nghiên cứu liên quan để thực hiện
2.4.2. Phương pháp thực nghiệm
Tiến hành làm thí nghiệm để xác định được sự ảnh hưởng của thời gian
và nhiêṭ đô ̣ xử lý thủy nhiệt đến một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ Keo lá
tràm (Acacia auriculiformis)
2.4.2.1. Tiêu chuẩn và các chỉ tiêu đánh giá
* Khối lượng thể tích
Tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 8048-2:2009
Kích thước mẫu: 20 х 20 х 25 mm
Dung lượng mẫu: 10mẫu/chế độ
Dụng cụ kiểm tra: Cân điện tử độ chính xác ± 0,01g, thước kẹp độ chính
xác 0,01mm, tủ sấy nhiệt độ tối đa 3000C có độ chính xác ± 0,10C.
Quy trình kiểm tra: Mẫu được đặt vào tủ sấy và tăng dần nhiệt độ. Nhiệt
độ cuối cùng là 100 ± 50C cho đến khơ hồn tồn. Để xác định trạng thái khơ
hồn toàn, ta cân mẫu để kiểm tra, nếu khối lượng giữa 2 lần cân liên tiếp
cách nhau 2 giờ lệch nhau khơng q 0,01g thì dừng sấy, tại thời điểm đó mẫu
được coi là khơ kiệt. Mẫu khơ kiệt được đưa vào bình hút ẩm làm nguội, sau
đó cân được khối lượng m0, g. Sau đó, dùng thước kẹp đo kích thước 3 chiều
của mẫu, từ đó tính được thể tích V0, cm3.

Cơng thức xác định:
0 

m0
, g/cm3
V0

Trong đó:  0 - khối lượng thể tích gỗ khơ kiệt, g/cm3
m0 - khối lượng gỗ khô kiệt, g

(2.1)


15
V0 - thể tích gỗ khơ, cm3

* Hệ số chống trương nở ASE
Tiêu chuẩn kiểm tra: ASTM D 4446-08
Kích thước mẫu: 20 х 20 х 25 mm
Dung lượng mẫu: 10mẫu/chế độ
Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp độ chính xác 0,01mm, tủ sấy nhiệt độ tối
đa 3000C có độ chính xác ± 0,10C.
Quy trình kiểm tra: Mẫu ngâm trong nước 24 giờ, sau đó đo kích thước.
Tiếp theo, đưa mẫu vào sấy khơ kiệt rồi đo kích thước. Q trình ngâm sấy
thực hiện chu kỳ 7 lần.
Công thức xác định:
ASE(v) 

ac (v) at (v)
100% , %

ac (v)

(2.2)

Trong đó: ASE - hệ số chống trương nở, %
ac (v) - trương nở thể tích trung bình của mẫu đối chứng, %
at (v) - trương nở thể tích trung bình của mẫu xử lý, %

a xác định theo công thức:
a

Vs  V0
100% , %
V0

Trong đó: Vs - thể tích mẫu sau khi ngâm, cm3
V0 - thể tích mẫu sau khi sấy, cm3

* Hiệu suất chống hút nước WRE
Tiêu chuẩn kiểm tra: ASTM D4446-08
Kích thước mẫu: 20 х 20 х 25 mm
Dung lượng mẫu: 10mẫu/chế độ

(2.3)


16
Dụng cụ kiểm tra: Cân điện tử độ chính xác ± 0,01g, tủ sấy nhiệt độ tối
đa 3000C có độ chính xác ± 0,10C
Quy trình kiểm tra: Mẫu ngâm trong nước 24 giờ, sau đó cân khối lượng.

Tiếp theo, đưa mẫu vào sấy khô kiệt rồi cân khối lượng. Quá trình ngâm sấy
thực hiện chu kỳ 7 lần.
Cơng thức xác định:
WRE 

T1 T 2
 100% , %
T1

(2.4)

Trong đó: WRE - hiệu suất chống hút nước, %
T 1 - hút nước trung bình của mẫu đối chứng, %
T2 - hút nước trung bình của mẫu xử lý, %

T xác định theo cơng thức:
T

ms  m0
m0

100% , %

(2.5)

Trong đó: ms - khối lượng mẫu sau khi ngâm, g
m0 - khối lượng mẫu khô kiệt, g

* Độ bền uốn tĩnh
Tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 8048-3:2009

Kích thước mẫu: 20 х 20 х 300 mm
Dung lượng mẫu: 10mẫu/chế độ
Dụng cụ kiểm tra: Thước kẹp độ chính xác 0,01mm, máy thử tính chất
cơ lý AMSLE.
Quy trình kiểm tra: Trước khi phá hủy mẫu, đo kích thước chiều rộng,
chiều cao của mẫu. Trên máy thử tính chất cơ lý AMSLE, tiến hành tăng lực cho
đến khi mẫu bị phá hủy. Dừng lại và đọc giá trị của lực phá hủy trên đồng hồ.
Công thức xác định:
MOR 

3  Pmax  l
, MPa
2  b  h2

Trong đó: Pmax – lực phá hủy, N

(2.6)