Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nhựa melamine formaldehyde (m f) và thời gian ngâm tẩm đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ hông (paulownia fortunei)

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

PHẠM THỊ ÁNH HỒNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NHỰA
MELAMINE FORMALDEHYDE (M-F) VÀ THỜI GIAN
NGÂM TẨM ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG
GỖ HÔNG (Paulownia fortunei)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


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

PHẠM THỊ ÁNH HỒNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NHỰA
MELAMINE FORMALDEHYDE (M-F) VÀ THỜI GIAN
NGÂM TẨM ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG
GỖ HÔNG (Paulownia fortunei)

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. TRẦN VĂN CHỨ

Hà Nội - 2011


i

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, đến nay đã hoàn thành bản
luận văn thạc sỹ. Nhân dịp này, cho phép tơi được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc
tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS. TS. Trần Văn Chứ, người đã trực tiếp
tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể cán bộ, giáo
viên trong Khoa Chế biến Lâm sản và Bộ môn Công nghệ đồ mộc và Thiết kế
nội thất đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận
văn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm Khoa Chế biến Lâm
sản, Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam cùng toàn thể các đồng nghiệp, các
bộ viên chức đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong suốt q trình ngâm tẩm mẫu,
thử mẫu và kiểm tra, đánh giá các tính chất của mẫu trước và sau khi biến tính.
Cuối cùng, tơi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng tới chồng, con và
gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cam đoan những nội dung tham khảo, các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực, khách quan và được trích dẫn rõ ràng.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội,ngày 02 tháng 10 năm 2011
Tác giả luận văn

Phạm Thị Ánh Hồng


ii

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

1.1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu ................................................. 3
1.2. Tình hình nghiên cứu ........................................................................... 4
1.2.1. Trên thế giới ..................................................................................... 4
1.2.2. Ở Việt Nam ...................................................................................... 6
1.3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................... 11
1.3.1. Mục tiêu lý luận .............................................................................. 11
1.3.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................... 11
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................... 11
1.5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 12
1.6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 12
1.6.1. Phương pháp kế thừa ..................................................................... 12

1.6.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .......................................... 12
1.6.3. Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ .......... 17
1.6.4. Phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm ................... 18
1.7. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu ........................................................... 27
1.7.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................ 27
1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................ 28
Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN..................................................................................29

2.1. Một số đặc điểm, cấu tạo, tính chất liên quan đến biến tính gỗ ..... 29
2.1.1. Cellulose ......................................................................................... 30
2.1.2. Hemicellulose ................................................................................. 34
2.1.3. Lignin.............................................................................................. 34


iii

2.2. Cơng nghệ biến tính gỗ ....................................................................... 35
2.1.1. Khái niệm về biến tính gỗ............................................................... 35
2.2.2. Các phương pháp biến tính gỗ ....................................................... 40
2.2.3. Một số phương pháp đưa hoá chất vào gỗ .................................... 40
2.2.4. Hóa chất biến tính .......................................................................... 41
2.2.5. Q trình thấm hóa chất vào gỗ .................................................... 45
2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gỗ biến tính ........................ 51
2.3. Gỗ Hông ............................................................................................... 56
2.3.1. Sự phân bố, đặc điểm sinh thái ...................................................... 56
2.3.2. Sự sinh trưởng và phát triển........................................................... 57
2.3.3. Ngoại hình ...................................................................................... 58
2.3.4. Đặc điểm cấu tạo của gỗ ................................................................ 58
2.3.5. Tính chất ......................................................................................... 60
Chương 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .......................................61

3.1. Thực nghiệm tạo nhựa và biến tính gỗ ............................................. 61
3.1.1. Nguyên liệu ..................................................................................... 61
3.1.2. Thực nghiệm tạo nhựa M-F ........................................................... 62
3.1.3. Thực nghiệm tạo gỗ biến tính......................................................... 63
3.2. Kết quả nghiên cứu ............................................................................. 68
3.2.1. Kết quả kiểm tra chiều sâu thấm hóa chất biến tính ...................... 68
3.2.2. Xác định khối lượng hóa chất tích tụ và độ trương nở vách tế bào
.................................................................................................................. 70
3.2.3. Kiểm tra độ hút nước và độ trương nở của gỗ ............................... 72
3.2.5. Kết quả kiểm tra độ cứng bề mặt của gỗ ....................................... 78
3.2.6. Giải bài toán tối ưu ........................................................................ 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................83

1. Kết luận .................................................................................................. 83
2. Kiến nghị ................................................................................................ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
M-F

Ý nghĩa

Đơn vị

Melamine Formaldehyde

DMDHEU 1,3-dimethylon-4,5dihydroxy ethylene
PEG

Polyetylen glycol

DT-XT-TT Dọc thớ- Xuyên tâm-Tiếp tuyến
WPG

Lượng hóa chất tích tụ trong gỗ

%

WU

Độ hút nước

%

TS

Độ trương nở kích thước theo chiều tiếp tuyến

%

RS

Độ trương nở kích thước theo chiều xuyên tâm

%

TB

Độ trương nở vách tế bào theo chiều tiếp tuyến

%

RB

Độ trương nở vách tế bào theo chiều xuyên tâm

%

MOR

Độ bền uốn tĩnh

MPa

MOE

Mô đun đàn hồi uốn tĩnh

MPa

HB

Độ cứng tĩnh bề mặt

N/mm2

WRE

Khả năng chống hút nước

%

ASE

Chống trương nở chiều dày

%

TBE

Độ trương nở vách tế bào

%

RB

Độ trương nở vách tế bào của gỗ theo chiều xuyên tâm

%

TB

Độ trương nở vách tế bào của gỗ theo chiều xuyên tâm

%

TS

Tangential swelling

%

RS

Radial swelling

%

W

Độ ẩm

%


v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

STT

Trang

1.1

Bảng kế hoạch thực nghiệm

15

1.2

Mức, bước thay đổi các biến số

16

1.3

Ma trận quy hoạch thực nghiệm

17

1.4

Phân cấp cấu tạo hiển vi của mạch gỗ

18

2.1

Phân cấp cấu tạo hiển vi của sợi gỗ

59

2.2

Phân cấp cấu tạo hiển vi của tia gỗ

60

2.3

Kết quả kiểm tra một số tính chất của nhựa M-F

60

3.1

Kết quả kiểm tra một số tính chất của nhựa M-F

63

3.2

Kích thước mẫu dùng để ngâm tẩm nhựa M-F

64

3.3

Kết quả xử lý tương quan chiều sâu thấm hóa chất chiều tiếp tuyến

68

3.4

Kết quả xử lý tương quan độ sâu thấm hóa chất chiều xuyên tâm

69

3.5

Kết quả xử lý tương quan khối lượng hóa chất tích tụ trong gỗ

70

3.6

Kết quả xử lý tương quan độ trương nở vách tế bào chiều
xuyên tâm

71

3.7

Kết quả xử lý tương quan độ trương nở vách tế bào chiều tiếp tuyến

71

3.8

Kết quả xử lý tương quan độ hút nước sau 96 giờ

73

3.9

Kết quả xử lý tương quan độ trương nở chiều tiếp tuyến sau 96 giờ

73

3.10

Kết quả xử lý tương quan độ trương nở chiều xuyên tâm sau 96 giờ

74

3.11

Kết quả xử lý tương quan độ bền uốn tĩnh của gỗ

76

3.12

Kết quả xử lý tương quan modul đàn hồi uốn của gỗ

76

3.13

Kết quả xử lý tương quan độ cứng bề mặt theo chiều tiếp tuyến

79

3.14

Kết quả xử lý tương quan độ cứng bề mặt theo chiều xuyên tâm

79


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

1.1

Thước kẹp

20

1.2

Cân điện tử-Máy đo kích thước

22

1.3

Tủ sấy điện tử

22

1.4

Cân điện tử

22

1.5

Thiết bị thử độ bền uốn tĩnh và modul đàn hồi uốn

24

1.6

Máy thử tính chất cơ học MTS Qtest

26

1.7

Máy thử tính chất cơ học MTS Qtest

27

2.1

Mơ hình cấu trúc siêu hiển vi của gỗ

29

2.2

Phân tử cellulose

30

2.3

Cấu tạo của mixen cellulose

31

2.4

Hệ thống liên kết hydro trong cellulose

32

2.5

Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose

32

2.6

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

33

2.7

Cấu trúc của gỗ

35

2.8

Cấu trúc phân tử của Melamine

43

2.9

Các phản ứng tạo MF và các sản phẩm đồng phân

43

2.10 Quá trình tích tụ của phân tử M-F trong vách tế bào gỗ
2.11

44

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

47

3.1

Thiết bị tạo nhựa M-F

62

3.2

Thiết bị tẩm áp lực chân khơng

64

3.3

Quy trình thực nghiệm tạo gỗ biến tính

65

3.4

Biểu đồ ngâm tẩm gỗ theo phương pháp tẩm áp lực chân khơng

67

3.5

Một số mẫu gỗ biến tính và đối chứng sau khi thử độ bền uốn

tĩnh và modul đàn hồi uốn tĩnh

78

3.6

Mẫu gỗ đối chứng sau khi thử độ cứng bề mặt

80

3.7

Mẫu gỗ biến tính sau khi thử độ cứng bề mặt

81


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Gỗ là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc
sống, bởi các ưu điểm, như: Có màu sắc, vân thớ đẹp, mềm, dễ gia công, chế
biến, dễ trang sức... Tuy nhiên, do sự khai thác gỗ bừa bãi nên rừng tự nhiên
không còn nhiều, đa phần nằm trong khu bảo tồn thiên nhiên nhằm hạn chế sự
biến đổi về môi trường. Mặt khác, tốc độ phát triển của gỗ rừng tự nhiên quá
chậm, không cung cấp đủ nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến. Vì
thế, xu hướng hiện nay là sử dụng các loại gỗ rừng trồng làm nguyên liệu là
chủ yếu.
Tuy nhiên, gỗ rừng trồng mọc nhanh cũng tồn tại một số nhược điểm,
như: Tính chất cơ lý thấp, kích thước nhỏ. Do đó, để kéo dài thời gian sử

dụng và nâng cao khả năng sử dụng của gỗ và các sản phẩm từ gỗ rừng trồng,
trên thế giới và trong nước đã có một số cơng trình nghiên theo hướng bảo
quản bằng một số hoá chất và đem lại hiệu quả cải thiện được độ bền của gỗ.
Tuy nhiên, việc sử dụng các chất bảo quản đó có thể ảnh hưởng xấu đến sức
khoẻ con người và môi trường. Để khắc phục được những nhược điểm này,
một số nhà khoa học đã đưa ra những hướng nghiên cứu mới, một trong
những hướng đó là cơng nghệ biến tính gỗ. Mục đích của biến tính gỗ là làm
tăng khối lượng thể tích, cải thiện được độ bền cơ học, làm giảm khả năng hút
ẩm, cải thiện tính ổn định kích thước, tăng khả năng chống chịu môi trường...
mà không độc hại.
Gỗ Hông (Paulownia fortunei) là loại gỗ rừng trồng, được phân bố ở
một số tỉnh thuộc vùng Đông bắc và Tây bắc nước ta. Đây là loại gỗ nhẹ,
mềm, sáng màu, ít bị mối mọt, mục, có tỷ lệ co rút nhỏ nên ít bị biến dạng,
cong vênh khi thời tiết thay đổi, cách điện, cách nhiệt tốt, có khả năng chống
cháy cao (nhiệt độ cháy từ 223oC-257oC). Chính vì vậy, gỗ Hông được dùng
làm ván ốp trần, ốp tường, làm nhạc cụ, hàng thủ công mỹ nghệ, thùng đựng
hàng, bao bì, đóng tàu lượn, lót vỏ máy bay, toa xe...


2

Ngồi ra, lá của cây Hơng có hàm lượng đạm cao và các nguyên tố vi
lượng khác nên được dùng làm thức ăn cho gia súc. Cành rơi, lá rụng có tác
dụng cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu cho đất. Lơng ở lá to cịn có tác dụng
làm sạch bụi và khói, giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường.
Vì vậy, cây Hơng là loại cây lâm nghiệp có triển vọng lớn, vừa có giá
trị kinh tế cao, vừa có chức năng phịng hộ tốt. Có thể trồng phân tán, trồng
thành rừng tập trung hoặc đan xen theo phương thức nơng lâm kết hợp. Như
vậy, có thể nói, đây là loại cây xố đói giảm nghèo cho một số tỉnh, như: Hà
Giang, Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ...

Bên cạnh đó, gỗ Hơng cũng có một số nhược điểm, như: Nhẹ, xốp, có
tỷ trọng rất thấp (γ = 0.26g/cm3) nên khả năng chịu lực kém. Để đáp ứng được
nhu cầu của người tiêu dùng về độ bền, cần phải biến tính chúng bằng một số
hoá chất nhằm nâng cao hiệu quả và mở rộng phạm vi sử dụng cho loại gỗ
này.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: "Nghiên
cứu ảnh hưởng của nồng độ nhựa Melamine Formaldehyde (M-F) và thời
gian ngâm tẩm đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ Hông (Paulownia
fortunei)” nhằm nâng cao hiệu quả và mở rộng phạm vi sử dụng nguồn
nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng trong nước.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Gỗ là vật liệu được con người sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông
nghiệp, giao thơng vận tải, xây dựng… Ngồi ra, gỗ cịn được sử dụng làm
văn phòng phẩm, nhạc cụ, dụng cụ thể thao, đóng tàu, bàn ghế và dụng cụ học
sinh, đồ dùng gia đình và cơng sở… Cho đến nay, gỗ rừng tự nhiên đang bị
suy giảm cả về số lượng và chất lượng do khai thác quá mức, trong khi đó
nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng ra tăng. Để đáp ứng nhu cầu thiết yếu về gỗ
cho xã hội và cung cấp nguyên liệu cho ngành Chế biến gỗ, cũng như bảo vệ
môi trường sinh thái, Nhà nước đã và đang có những chủ trương lớn về quản
lý bảo về rừng, chú trọng đến việc phát triển rừng kinh tế đối với những loại
cây gỗ mọc nhanh, trong đó có cây gỗ Hơng. Đây là một trong những giải
pháp hữu hiệu được ưu tiên hàng đầu.
Cây Hông thuộc gỗ rừng trồng mọc nhanh có tốc độ sinh trưởng, phát
triển nhanh, mềm, nhẹ, ít biến dạng khi thời tiết thay đổi, cách âm, cách nhiệt

tốt, có khả năng chống cháy rất tốt. Tuy nhiên, loại gỗ này có những nhược
điểm lớn như: Xốp, có vách tế bào mỏng, khối lượng thể tích gỗ thấp nên khả
năng chịu lực kém. Do đó, nó ít được sử dụng vào các lĩnh vực, như: Sản xuất
đồ mộc có khả năng chịu lực, xây dựng, kiến trúc... mà chỉ được dùng làm
nhạc cụ, đồ mỹ nghệ, ốp tường, ốp trần, bao bì…
Vì vậy, việc tìm ra các giải pháp để hạn chế những nhược điểm của gỗ
Hơng là rất cần thiết và có ý nghĩa. Mặc dù, một số nhà khoa học trong nước
đã có những cơng trình nghiên cứu về đặc điểm cấu tạo, tính chất và tiến hành
bảo quản gỗ Hơng bằng một số loại hóa chất, kết quả là đã cải thiện được khả
năng chống mối mọt, nấm mốc... Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có cơng
trình nào nghiên cứu biến tính gỗ Hơng bằng một số loại hóa chất, đặc biệt là


4

dung dịch nhựa Melamin Formaldehyde. Do đó, đây là một hướng nghiên cứu
mới ở nước ta nhằm nâng cao độ bền của gỗ, từ đó mở rộng được phạm vi sử
dụng cho loại gỗ này.
1.2. Tình hình nghiên cứu
1.2.1. Trên thế giới
Các cơng trình nghiên cứu gỗ biến tính với Melamin Formaldehyde
cũng đã được thực hiện từ khá lâu. Sản phẩm gỗ biến tính có nhiều tính chất
được cải thiện so với gỗ nguyên, ví dụ như: Nâng cao khả năng chịu nước,
chịu ẩm và tính ổn định kích thước (Inoue et al., 1993; Pittman et al., 1994),
cường độ cơ học (MOE, MOR, độ cứng…) cũng được cải thiện đáng kể
(Deka and Saikia, 2000; Gindl et al., 2004). Ngoài ra, gỗ biến tính với M-F
có khả năng làm giảm sự phá huỷ của các loại nấm mục và nấm biến màu
(Lukowsky et al., 1999; Rapp and Peek, 1996), cũng như tăng khả năng
chống chịu các điều kiện của môi trường.
Năm 1993, Inoue et al đã biến tính gỗ Sugi (Cryptomeria japonica D.

Don) với dung dịch M-F có trọng lượng phân tử thấp, với hàm lượng rắn 25%
đã đạt đến độ trương nở vách tế bào (TBE) 5% và độ ổn định kích thước
(ASE) 42%, những trị số này khơng bị giảm đáng kể qua các chu kỳ sấy
khô, ngâm nước của mẫu gỗ biến tính; đồng thời cường độ uốn MOE và
MOR của gỗ biến tính cũng tăng lần lượt 18% và 10% so với gỗ đối chứng.
Năm 1994, Pittma và Kim đã xử lý nâng cao chất lượng của gỗ bằng
cách biến tính gỗ Thơng vàng (Southern yellow Pine) với nhựa Melamin
Formandehyde và Melamin Ammeline Formaldehyde. Tác giả đã đưa ra kết
luận rằng: Gỗ Thơng vàng phía Nam khi biến tính với các loại nhựa trên thì
các tính chất cơ lý của gỗ đã qua xử lý đều có xu hướng tăng lên so với gỗ
chưa được xử lý .


5

Năm 1996, Rapp and Peek đã tiến hành ngâm tẩm gỗ European larch
(Larix decidua Mill) với dung dịch M-F ở hàm lượng rắn thấp (7.5%) c ũ n g
đem đến hiệu quả chống nấm mục nâu và nấm mục trắng đáng kể.
Năm 1999, Rapp và Peek đã tiến hành xử lý các loại gỗ như gỗ Thông
(Pinus sylvestris L.), gỗ Vân sam (Piciea ab), gỗ Sồi (Quercus robur L), và gỗ
Linh sam (Pseudotsuga menziesii) với nhựa Melamine Formandehyde, sau đó
để ngồi trời (ngăn khơng cho tiếp xúc trực tiếp với đất) trong vòng 24 tháng.
Kết quả cho thấy: Nhựa M-F ngay cả ở nồng độ thấp cũng đã cung cấp sự bảo
vệ đặc biệt chống lại sự xuống cấp của gỗ bởi hiện tượng quang hoá và sự phá
hoại gỗ của nấm biến màu nhưng các mẫu gỗ vẫn có hiện tượng nứt bề mặt và
độ ẩm cao.
Năm 2000, Deka và Saikia đã tiến hành các nghiên cứu đánh giá khả
năng ổn định kích thước và khả năng chống chịu mối mọt của gỗ khi được xử
lý với nhựa Melamin Formaldehyde. Kết quả đạt được là: Khi gỗ được xử lý
với Melamin Formaldehyde có nồng độ 30%, nhiệt độ 110oC, áp suất 75 psi

thì các chỉ tiêu như WPG, ASE, MOE, MOR… đều có xu hướng tăng so với
mẫu gỗ không được xử lý.
Năm 2003, Gindl và Muler đã nghiên cứu độ bền nén ngang và nén dọc
thớ của gỗ biến tính bằng Melamin Formandehyde theo phương pháp ngâm
tẩm. Nhóm tác giả đã tiến hành ngâm tẩm các mẫu gỗ Vân sam Na Uy với
dung dịch nhựa Melamine Formandehyde. Kết quả thu được là: Độ bền nén
theo phương tiếp tuyến của các mẫu gỗ đã qua xử lý tăng 82% và độ bền nén
theo phương tiếp tuyến tăng 290% so với các mẫu gỗ đối chứng.
Năm 2009, Trịnh Hiền Mai đã tiến hành nghiên cứu khả năng biến tính
ván mỏng từ gỗ Beech với các hoá chất như: N-methylol Melamine, Ankyl
ketene dimmer; 1,3- dimethylol- 4,5 dihydroxy ethylene urea… sử dụng làm
ván dán ngoài trời. Kết quả cho thấy, hầu hết các tính chất của ván mỏng


6

được xử lý đều được cải thiện. Cụ thể là, khả năng hút nước và hút ẩm của
các loại ván biến tính đều có xu hướng giảm so với ván đối chứng; độ bền
sinh học của các loại ván được xử lý hoá chất cũng tăng lên. Tác giả cũng đã
tiến hành sản xuất ván dán từ ván mỏng biến tính và kết quả đạt được là hầu
hết các tính chất của ván đều tăng lên so với ván đối chứng, trong đó khả
năng hút nước, hút ẩm và độ bền tự nhiên của ván tăng lên rõ rệt.
Như vậy, việc nghiên cứu biến tính gỗ bằng hóa chất M-F trên thế giới
đã được thực hiện khá đầy đủ cho cả gỗ và ván mỏng. Các nhà khoa học đã
nghiên cứu về tính chất cơ học, vật lý của gỗ biến tính bằng M-F, đo lượng
hóa chất đọng lại trong vách tế bào gỗ, đánh giá độ bền tự nhiên của gỗ, đánh
giá mức độ kháng côn trùng… và đã đạt được kết quả rất tốt.
1.2.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây cũng đã có một số cơng trình
nghiên cứu về cơng nghệ biến tính gỗ và sản phẩm từ gỗ.

Nguyễn Trung Kiên (2005) đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu tạo nhựa
Novolak và tạo gỗ biến tính cường độ hố". Tác giả đã tiến hành tạo nhựa
Novolak và tẩm nhựa vào gỗ Keo tai tượng bằng phương pháp ngâm tẩm áp
lực ở các thời gian khác nhau. Kết quả đạt được là khối lượng thể tích, khả
năng chống co rút, dãn nở, độ bền uốn tĩnh, độ bền nén dọc thớ của gỗ sau khi
biến tính đều được tăng lên so với mẫu gỗ chưa được xử lý.
Nguyễn Anh Đức (2006) đã tiến hành "Nghiên cứu tạo gỗ biến tính
bằng Urea theo phương pháp hố dẻo nén ép". Kết quả đạt được là, độ co rút
và dãn nở trong nước của gỗ biến tính lớn hơn gỗ chưa qua xử lý nhưng tốc
độ thấm nước lại chậm hơn khi nồng độ Urea và thời gian ngâm tẩm tăng lên.
Các tính chất cơ học của gỗ sau khi biến tính có xu hướng tăng lên, cụ thể là
cường độ kéo nén tăng từ 10-40%, cường độ uốn tăng từ 3-30%, độ dẻo dai
lại giảm.


7

Trần Ngọc Thành (2006) cũng đã tiến hành: “Nghiên cứu một số yếu tố
cơng nghệ biến tính gỗ Trám trắng làm ván sàn bằng phương pháp nén ép”.
Kết quả đạt được là, gỗ Trám trắng có khối lượng thể tích thấp (0.42 g/cm3)
được biến tính với các tỷ suất nén 40%, 50%, 60% và nhiệt độ là 140oC,
150oC, 160oC đã nâng khối lượng thể tích lên 0.798 g/cm3. Do đó, độ bền cơ
học, độ bền uốn tĩnh, độ cứng xung kích của gỗ biến tính cũng được nâng lên
so với gỗ chưa biến tính. Ở tỷ suât nén ε = 50%, nhiệt độ 160 oC, gỗ Trám
trắng biến tính đạt khối lượng thể tích là cao nhất (0.798 g/cm3).
Tạ Phương Hoa (2006) đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu nâng cao tính
ổn định kích thước gỗ Keo lá tràm bằng phương pháp Axetyl hoá". Kết quả
đạt được: Sau khi xử lý bằng Anhydrit axetic ở nhiệt độ 110-130oC không cần
chất xúc tác, hầu hết các tính chất cơ lý của gỗ đều được cải thiện, cụ thể là:
Độ hút nước, độ hút ẩm, độ dãn nở giảm (ASE từ 60,73% đến 82,02%, hệ số

chống hút nước từ 16,23% đến 35,61%, hệ số chống ẩm từ 32,26% đến
60,69%), khối lượng thể tích tăng từ 4,57% đến 14,58%, độ bền ép dọc tăng
từ 4,945 đến 16,22%, độ cứng tĩnh tăng 7% đến 22,05%, nhưng độ bền uốn
tĩnh lại giảm từ 5,94% đến 10% và mô đun đàn hồi uốn tĩnh giảm từ 4, 62%
đến 7,5%.
Năm 2007, Nguyễn Chí Quang đã “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ
và thời gian ngâm tẩm Polyetylen glycol (PEG) đến một số tính chất cơ học
chủ yếu của gỗ Keo lá tràm”. Tác giả đã tiến hành tẩm hoá chất PEG vào gỗ
Keo lá tràm với các cấp nồng độ 10%, 20%, 30%, ứng với thời gian là 3, 7, 11
ngày bằng phương pháp ngâm thường. Kết quả thu được là hầu hết các tính
chất cơ lý của gỗ sau khi xử lý bằng PEG- 1000 đều được cải thiện. Cụ thể:
Khả năng chống co rút và dãn nở của gỗ tăng lên, khối lượng thể tích cũng
tăng, khi sấy cưỡng bức chế độ cao, nhiệt độ cao thì gỗ cũng rất ít bị nứt nẻ,
tỷ lệ co rút, dãn nở nhỏ...


8

Vũ Huy Đại (2008) đã thực hiện chuyên đề: "Nghiên cứu quy trình
cơng nghệ xử lý ván phủ mặt từ gỗ Keo lai bằng 1,3 dymethyl 4,5 dihydroxy
ethylene urea (DMDHEU)". Tác giả đã tiến hành nghiên cứu xử lý ván mỏng
từ gỗ Keo lai bằng hoá chất DMDHEU, với chất xúc tác là MgCL2 ở nhiệt độ
1300C và đánh giá chất lượng ván mỏng sau khi xử lý ở các tính chất, như:
Khối lượng thể tích, khả năng chịu mài mịn, độ bền dán dính... Kết quả thu
được là hầu hết các tính chất cơ lý của ván đều được cải thiện.
Năm 2010, Nguyễn Văn Thoại đã tiến hành: "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 công nghiệp". Kết quả là: Hầu hết các
chỉ tiêu được kiểm tra, như: Độ bong tách màng keo, độ mài mịn của ván
được xử lý đều có xu hướng giảm và mức độ giảm có quy luật; khối lượng thể

tích của ván được xử lý thay đổi không đáng kể.
Nguyễn Thị Nguyệt (2010) đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu biến tính
ván mỏng bằng nhựa Melamin Formaldehyde dùng cho ván dán". Tác giả đã
tiến hành tẩm nhựa M-F cho ván mỏng từ gỗ Bồ đề ở 2 cấp chiều dày (0.8mm
và 1.5mm) với các nồng độ 10%, 20%, 30% trong thời gian ngâm 4 ngày
bằng phương pháp ngâm thường và tạo ra ván dán từ ván mỏng biến tính. Kết
quả đạt được: Ảnh hưởng của chiều dày ván mỏng đến các tính chất của ván
biến tính là khơng rõ rệt. Khi nồng độ M-F tăng lên thì các tính chất của ván
mỏng biến tính đều được cải thiện tích cực hơn, cụ thể: Lượng chất tích tụ
trong gỗ, sức căng vách tế bào, khả năng chống hút nước, hút ẩm, độ ổn định
kích thước của ván đều tăng. Các tính chất cơ lý của ván dán được tạo ra từ
ván mỏng biến tính M-F cũng được cải thiện: Độ hút nước, hút ẩm giảm, độ
ổn định kích thước tăng, độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi uốn tĩnh, độ cứng bề
mặt của ván đều tăng lên, cường độ kéo trượt màng keo giảm không đáng kể
so với ván đối chứng [22].


9

Phạm Thị Ngọc Hải (2011), đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của nồng độ Melamine Formaldehyde đến tính chất của ván mỏng biến
tính”. Tác giả đã tiến hành tẩm nhựa M-F cho ván mỏng từ gỗ Bồ đề ở 2 cấp
chiều dày 0.8mm, 1.5mm với các cấp nồng đồ 5%, 10%, 15%, 20% trong 4
ngày bằng phương pháp ngâm thường dùng để làm ván dán. Kết quả cho thấy:
Ảnh hưởng của chiều dày ván mỏng (0.8 mm và 1.5 mm) đến tính chất của
ván biến tính là khơng rõ rệt. Khi nồng độ M-F tăng lên từ 5-20% thì tính ổn
định kích thước tăng, độ hút nước của ván mỏng biến tính giảm; lượng hóa
chất tích tụ trong gỗ, sức căng vách tế bào đều tăng, cụ thể là: WPG đạt từ
11.16% - 20.76% đối với ván mỏng 0.8mm và đạt từ 13.25% - 23.55% đối
với ván mỏng dày 1.5 mm, TBE đạt từ 1.0 – 2%. Ván mỏng biến tính bằng

M-F có cường độ kéo dọc thớ và ngang thớ gần bằng hoặc có thể cao hơn từ
5-10% so với ván đối chứng. Điều này chứng tỏ, biến tính bằng M-F khơng
làm giảm cường độ kéo của ván mỏng như biến tính với một số hóa chất khác
có sử dụng chất xúc tác mang tính axit [14].
Nguyễn Thị Phương Thảo (2011), đã tiến hành: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của nồng độ Melamin - Formaldehyde đến tính chất cơ học của ván
dán biến tính”. Tác giả tiến hành biến tính ván mỏng có chiều dày 1.5mm
bằng hóa chất M-F ở các nồng độ 10%, 15%, 20% trong 4 ngày bằng phương
pháp ngâm thường và tạo ra ván dán từ ván mỏng biến tính. Kết quả đạt được:
Cường độ kéo trượt màng keo, tỷ lệ phá hủy sợi gỗ, cường độ uốn tĩnh
(MOR) và modul đàn hồi uốn (MOE) của ván dán biến tính đều tăng lên so
với mẫu ván đối chứng. Ván dán biến tính với M-F nồng độ 10 - 15% cho
cường độ kéo trượt màng keo và MOR, MOE cao hơn ván dán biến tính với
M-F nồng độ 20% [26].
Nguyễn Thị Phương (2011), đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của nồng độ Melamin Formaldehyde đến tính chất vật lý của ván dán


10

biến tính”. Tác giả đã tiến hành biến tính ván mỏng từ gỗ Bồ đề có chiều dày
1.5mm bằng nhựa M-F ở nồng độ 10%, 15%, 20% trong 4 ngày bằng phương
pháp ngâm thường. Kết quả cho thấy: Khối lượng thể tích của ván dán biến
tính tăng khơng nhiều so với ván đối chứng; Độ hút nước (WU) và độ trương
nở chiều dày (TS) của ván dán biến tính khi ngâm ván trong nước thấp hơn so
với ván đối chứng; Khả năng chống hút nước (WRE) và chống trương nở
chiều dày (ASE) của ván dán biến tính cao hơn so với ván đối chứng; tỷ lệ
hao hụt khối lượng sau các chu kỳ sấy khô, ngâm nước ở ván đối chứng cao
hơn so với ván dán biến tính.
Đồn Ngọc Bình (2011), đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng

của nồng độ Melamin Formaldehyde đến tính chất của ván dán biến tính sử
dụng ngồi trời”. Tác giả đã tạo ra ván dán 5 lớp từ ván mỏng biến tính bằng
hóa chất Melamin Formaldehyde ở nồng độ 10%, 15%, 20% trong 4 ngày
bằng phương pháp ngâm thường, sau đó để ván dán biến tính và ván đối
chứng ở ngồi trời và theo dõi trong 6 tháng (từ tháng 1 đến tháng 6). Kết quả
cho thấy: Ván dán biến tính ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố mơi trường
ngồi trời đến chất lượng ván hơn so với mẫu ván đối chứng, cụ thể là: Làm
giảm độ ẩm và biên độ thay đổi độ ẩm của ván, giảm tỷ lệ nấm biến màu ở
mặt sau của ván rõ rệt, tăng độ ổn định màu sắc, giảm mức độ nứt trên bề mặt
ván, giảm mức độ bong tách, biến dạng cho mẫu ván. Ván được sơn phủ bề
mặt có khả chống chịu mơi trường ngồi trời tốt hơn các mẫu ván khơng sơn
phủ bề mặt [2].
Qua điều tra về các cơng trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong
nước về biến tính gỗ và sản phẩm từ gỗ, tôi nhận thấy các hướng nghiên cứu
này chủ yếu tập trung vào việc biến tính gỗ bằng một số hố chất như: Nhựa
Novolak, Urea, dung dịch Amoniac, Anhyhrit axetic, PEG... và biến tính ván
mỏng bằng nhựa M-F, 1,3-dimethylon-4,5dihydroxy ethylene. Tuy nhiên, cho


11

đến nay vẫn chưa có cơng trình nào nghiên cứu về biến tính gỗ bằng nhựa MF. Do đó, việc nghiên cứu biến tính gỗ bằng M-F là một hướng nghiên cứu
mới ở Việt Nam hiện nay.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
1.3.1. Mục tiêu lý luận
- Đánh giá được sự ảnh hưởng của những yếu tố công nghệ đến chất
lượng gỗ biến tính, qua đó đề ra những giải pháp hợp lý cho cơng nghệ tạo
biến tính gỗ;
- Tạo ra các sản phẩm mới có chất lượng cao từ gỗ mọc nhanh rừng
trồng. Các sản phẩm này sẽ thay thế các loại gỗ quý hiếm qua đó mở ra hướng

nghiên cứu mới cho ngành Chế biến Lâm sản.
1.3.2. Mục tiêu cụ thể
- Tìm ra các thơng số cơng nghệ (nồng độ và thời gian ngâm tẩm) tối ưu,
các giải pháp công nghệ biến tính phù hợp khi biến tính gỗ dùng nhựa M-F
trong điều kiện sản xuất thực tiễn của Việt Nam;
- Định hướng và đề xuất được quy trình cơng nghệ sản xuất gỗ biến tính
phù hợp với điều kiện sản xuất thực tiễn ở trong nước.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Hông bằng nhựa M-F trên cơ sở cố
định các yếu tố cơng nghệ sau:
+ Ngun liệu: Gỗ Hơng;
+ Hóa chất biến tính: Nhựa M-F;
+ Phương pháp ngâm: Ngâm tẩm áp lực ở điều kiện: Nhiệt độ thường và
áp suất: 0.7MPa; thời gian hút chân không là 15 phút và duy trì 30 phút, độ
sâu hút chân khơng là 300 mmHg (≈ 0.4 MPa).
- Các yếu tố thay đổi là:
+ Nồng độ nhựa M-F: Thực nghiệm ở 5 cấp: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%;


12

+ Thời gian tẩm: Thực nghiệm ở 5 cấp: 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ.
- Các nội dung đánh giá chất lượng gỗ biến tính gồm: Xác định chiều sâu
thấm hố chất biến tính; xác định khối lượng hố chất tích tụ trong gỗ; xác
định độ hút nước và độ trương nở; độ bền uốn tĩnh; modul đàn hồi uốn tĩnh;
độ cứng bề mặt; giới hạn nén dọc.
- Gỗ sau khi biến tính được sử dụng trong sản xuất đồ mộc.
1.5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, một số tính chất cơ bản của gỗ Hông;
- Nghiên cứu tạo nhựa M-F dùng trong cơng nghệ biến tính theo

phương pháp ngâm tẩm;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ nhựa M-F đến một số chỉ tiêu
chất lượng gỗ Hơng biến tính;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tẩm nhựa M-F đến một số chỉ
tiêu chất lượng gỗ Hơng biến tính.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
1.6.1. Phương pháp kế thừa
Phương pháp kế thừa được ứng dụng để giải quyết các vấn đề sau:
- Tham khảo các kết quả nghiên cứu về công nghệ biến tính gỗ để lựa
chọn các thơng số cơng nghệ, phương pháp và quy trình cơng nghệ biến tính
cho gỗ Hơng bằng nhựa M-F;
- Kế thừa các lý thuyết về công nghệ biến tính gỗ, về cấu tạo gỗ, về đặc
tính, cơ chế thấm của nhựa M-F, cũng như các phương pháp kiểm tra, xử lý
số liệu để giải thích và đánh giá các kết quả nghiên cứu thu được từ thực
nghiệm.
1.6.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm được ứng dụng trong việc tạo ra các mẫu gỗ
biến tính và kiểm tra chất lượng theo các tiêu chuẩn trong và ngồi nước.
Thực nghiệm tạo gỗ biến tính được tiến hành theo mơ hình quy hoạch
thực nghiệm để xác lập mối tương quan giữa nồng độ, thời gian ngâm tẩm


13

hoá chất với một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ Hông. Kết quả thu được từ
thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm OPT của Viện Cơ điện và chế biến
nông sản.
Phương pháp nghiên cứu theo quy hoạch thực nghiệm là phương pháp
nghiên cứu thực nghiệm tiên tiến. Nội dung của phương pháp này là xác định
ảnh hưởng của một số yếu tố đầu vào (biến số) tới tham số đầu ra của quá

trình nghiên cứu. Các tham số đầu ra được ký hiệu là Y i và các yếu tố đầu vào
(tác nhân gây ảnh hưởng) được ký hiệu là Xi. Đây là các yếu tố có thể được
lượng hoá, đo đếm và điều khiển được. Đối với các tham số đầu ra, nếu không
biết trước dạng biến thiên của nó thì cần thực hiện từ quy hoạch thực nghiệm
bậc nhất, sau đó kiểm tra mơ hình thu được bằng các tiêu chuẩn thống kê, nếu
không phù hợp thì chuyển sang quy hoạch thực nghiệm bậc hai hoặc các dạng
quy hoạch khác phù hợp hơn.
Trong đề tài này, qua tham khảo các kết quả nghiên cứu đã được cơng
bố, chúng ta có thể dự đốn được dạng biến thiên của yếu tố Y i theo Xi trong
miền thực nghiệm có dạng bậc hai. Có nghĩa là chúng ta chủ động lựa chọn
mơ hình tương quan, thơng qua kết quả thí nghiệm kiểm tra các điều kiện về
sự đồng nhất của các phương sai, ý nghĩa của các hệ số của mơ hình và sự
tương thích của mơ hình. Từ đó, khẳng định sự tồn tại, tương thích của mơ
hình tương quan.
Phương trình tương quan bậc hai có dạng:
n

n

n

Y  b0  bi xi  bij xi x j
i 1

(1.1)

i 1 i 1

Hiện nay, có nhiều dạng kế hoạch thực nghiệm bậc hai như: Kế hoạch
Keeferi J; kế hoạch trực giao; Box Wilson; kế hoạch H.O Harley. Tuỳ theo

yêu cầu của thí nghiệm và số yếu tố ảnh hưởng mà lựa chọn kế hoạch thực
nghiệm cho phù hợp.
Số lượng thí nghiệm được tính theo cơng thức:
N = N1 + N + N0
Trong đó:

N1 - Các thí nghiệm phần nhân (N1 = 2n);

N - Các thí nghiệm phần mở rộng (N = 2.n);

(1.2)


14

N0 - Các thí nghiệm ở tâm (N0 =1);
n - Số yếu tố ảnh hưởng.
Kế hoạch thực nghiệm bậc hai được thực hiện ở các mức: Mức trên
(+1); mức dưới (-1); mức trung gian (0); và các mức sao mở rộng (+) , (-).
Tay đòn điểm sao  là khoảng cách từ tâm thí nghiệm tới các điểm sao
được tính theo công thức sau:





2n p2 2n p  2n  1  2n p1



(1.3)

Trong đó:

n - số yếu tố ảnh hưởng;
p - số yếu tố rút gọn.
Ma trận thực nghiệm: Ma trận thực nghiệm với quy hoạch thực nghiệm
bậc hai là một bảng bao gồm các giá trị yếu tố ảnh hưởng được mã hoá dưới
dạng toạ độ: +1, -1, 0, +, - với số hàng bằng số thí nghiệm N, số cột bằng
số yếu tố ảnh hưởng và tổ hợp chập đơi của chúng.
Xử lý kết quả thí nghiệm: Tương tự như quy hoạch thực nghiệm bậc
nhất, số liệu thực nghiệm và các hệ số của phương trình hồi quy thu được phải
được kiểm tra theo những tiêu chuẩn thống kê. Theo kế hoạch trung tâm hợp
thành trực giao các hệ số của phương trình hồi quy được tính bằng các công
thức sau:
N

n

N

b0  k1  yu  k2  xiu2 . yu
u 1

(1.4)

i 1 u 1

N

bi  k3  xiu Yu

(1.5)

u 1

N

bij  k4  xiu x ju yu

(1.6)

u 1
N

n

N

N

bii  k5  xiu2 yu  k6  xiu2 yu  k2  yu
u 1

i 1 u 1

(1.7)

u 1

Trong phần mềm OPT, các hệ số: k1; k2; k3; k4; k5; k6 đã được tính
sẵn nhờ đó, các hệ số b0; bi; bii; bij và mơ hình tốn học được xác định.
Tính đồng nhất của các phương sai được kiểm tra theo tiêu chuẩn
Kohren, phương sai đồng nhất khi và chỉ khi thoả mãn điều kiện:


15

Gp  Gb

(1.8)

Trong đó: Gp - giá trị tính tốn; Gb - giá trị tra bảng.
Ý nghĩa của các hệ số hồi quy b0; bi; bii; bij được kiểm tra theo tiêu
chuẩn Student, các hệ số của phương trình hồi quy có ý nghĩa khi:
bi  t.Sbi hoặc T  tb

(1.9)

Trong đó: T - giá trị tính tốn; tb - giá trị tra bảng
Tính tương thích của mơ hình tốn học được kiểm tra theo tiêu chuẩn
Fisher, mơ hình được xem là tương thích khi:
Fp  Fb

(1.10)

Trong đó: Fp - giá trị tính tốn; Fb - giá trị Fisher tra bảng.
Trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, trong đề tài này, chúng tôi
áp dụng kế hoạch thực nghiệm trung tâm hợp thành trực giao với các yếu tố
đầy đủ để xác định sự ảnh hưởng của 2 yếu tố thời gian ngâm tẩm hoá chất và

nồng độ của hoá chất đến một số chỉ tiêu chất lượng của gỗ. Có nghĩa là p = 0
và n = 2 thay vào cơng thức 1.3, ta có - = -1; + = +1 (ma trận siêu vuông
theo kế hoạch H.O Harley). Do đó, ta có bảng thực nghiệm theo phần mềm xử
lý OPT như ở bảng 1.1. Trong đó, có 9 thí nghiệm phải thực hiện và mỗi thí
nghiệm được lặp lại 3 lần.
Bảng 1.1: Bảng kế hoạch thực nghiệm
Stt

X1

X2

Y1

Y2

Y3

1

-1

-1

Y11

Y21

Y31

2

+1

-1

Y12

Y22

Y32

3

-1

+1

Y13

Y23

Y33

4

+1

+1

Y14

Y24

Y34

5

-

0

Y15

Y25

Y35

6

+

0

Y16

Y26

Y36

7

0

-

Y17

Y27

Y37

8

0

+

Y18

Y28

Y38

9

0

0

Y19

Y29

Y39

Ghi chú

Nhân của kế hoạch

Các điểm sao (phần mở rộng)

Tâm quy hoạch


16

Ở đây, X1 là biến nồng độ hoá chất với các trị số được mã hoá -, -1, 0,
+1, + tương đương với các giá trị thực là 1, 2, 3, 4, 5giờ; X2 là thời gian
ngâm tẩm với các trị số được mã hoá -, -1, 0, +1, + tương đương với các
giá trị thực là 5, 10, 15, 20, 25%; Y là các yếu tố bị ảnh hưởng (một số chỉ
tiêu chất lượng của gỗ) mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần, do đó sẽ có 3 giá trị của
Y là Y1, Y2 và Y3.
Số lần lặp của mỗi thí nghiệm có thể được tính theo cơng thức 1.11 như sau:
K

V 2 .2

(1.11)

2

Trong đó: K - số lần lặp lại; V - hệ số biến động (S%);  - độ tin cậy của
phép đo, tra bảng;  - sai số phép đo (%).
Như vậy, trong đề tài này, chúng tôi sẽ tiến hành thực nghiệm theo các
mức và ma trận thực nghiệm như ở bảng 1.2 và 1.3.
Bảng 1.2: Mức, bước thay đổi các biến số
Các mức

Giá trị thực

Giá trị mã
X1 (%)

X2 (giờ)

Mức trên 

+

25

5

Mức trên

+1

20

4

Mức giữa

0

15

3

Mức dưới

-1

10

2

Mức dưới 

-

5

1


17

Bảng 1.3: Ma trận quy hoạch thực nghiệm

No
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Dạng mã
X1
-1
+1
-1
+1
-
+
0
0
0

Dạng thực
Nồng độ (%)
Thời gian (giờ)
10
2
20
2

10
4
20
4
5
3
25
3
15
1
15
5
15
3

X2
-1
-1
+1
+1
0
0
-
+
0

1.6.3. Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ
Phương pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes đề xướng và được sử dụng
để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu. Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu
được đưa về bài toán một mục tiêu như sau:

Y1 --- min (với Yj(xi) <j, j1 ; j=1, 2,….,m).
Hàm mục tiêu được biểu diễn qua phiếm hàm Lagrăngiơ dạng tổng:
m





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

Trong đó: ji gọi là nhân tử Lagrăngiơ, có ý nghĩa như hàm trao đổi;
ji = F/Yj, với xX và j>0.
Tại điểm tối ưu: Y1 (x*, *) = F (x*, *) và F/xj = 0; F/ji = 0.
Do đó giải hệ (n+m) phương trình:
F/xi = 0; i = 1, 2,…n.
Yj - j = 0; j = 1, 2,…m.
Đối với các ẩn xi và ji sẽ tìm được các giá trị: x*1, x*2,...., x*n xác định
cực trị của hàm mục tiêu F. Căn cứ vào giá trị của ji* người xử lý số liệu
chọn các giá trị j để tìm lời giải phù hợp.