Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ keo tai tượng (acacia mangium willd) bằng phương pháp biến tính nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------***---------

NGUYỄN THỊ THẮM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN
XỬ LÝ ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG GỖ KEO TAI
TƯỢNG (Acacia mangium Willd) BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN
TÍNH NHIỆT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------***---------

NGUYỄN THỊ THẮM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN
XỬ LÝ ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG GỖ KEO TAI
TƯỢNG (Acacia mangium Willd) BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN

TÍNH NHIỆT

Chun ngành: Cơng nghệ chế biến lâm sản
Mã số: 60540301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN VĂN CHỨ

Hà Nội - 2013


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả

Nguyễn Thị Thắm


ii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn, đầu tiên cho phép tôi gửi lời cảm ơn

chân thành nhất tới thầy giáo: PGS.TS. Trần Văn Chứ, người đã trực tiếp
hướng dẫn tơi hồn thành luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Phịng ban, Trung tâm khai thác thơng
tin thư viện Đại học Lâm nghiệp cùng toàn thể các thầy, cô giáo trong Khoa
Sau đại học đã giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian tơi học tập và nghiên cứu
tại trường.
Xin chân thành cảm ơn các cán bộ của Trung tâm Nghiên cứu thực
nghiệm và chuyển giao công nghệ Cơng nghiệp rừng; Trung tâm thí nghiệm
Khoa Chế biến lâm sản, trường Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện tốt
nhất về cơ sở vật chất, tài liệu khoa học và các thông tin khoa học để tôi hồn
thành nghiên cứu của mình.
Qua đây, cũng xin được gửi lời cảm ơn tới toàn thể bạn bè đồng nghiệp
và gia đình. Trong q trình tơi học tập và hồn thành khóa luận đã động viên,
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn này.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất và lời chúc sức khỏe!
Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Thị Thắm


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 4
1.1. Tổng luận về các công trình đã cơng bố về vấn đề biến tính nhiệt cho gỗ ... 4
1.1.1. Trên thế giới ................................................................................................. 4
1.1.2. Tại Việt Nam ................................................................................................ 7
1.1.3. Định hướng nghiên cứu ................................................................................ 8

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................10
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................10
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................10
1.3. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................11
1.4. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................12
1.5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................12
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................................12
1.5.2. Phương pháp chuyên gia ............................................................................12
1.5.3. Phương pháp thực nghiệm .........................................................................13
Chương 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN............................................................................22
2.1. Cơng nghệ biến tính nhiệt gỗ .....................................................................22
2.1.1. Khái niệm về biến tính gỗ và biến tính nhiệt gỗ ........................................22
2.1.2. Chủng loại gỗ biến tính nhiệt .....................................................................23
2.1.3. Đặc điểm gỗ biến tính nhiệt [12], [20] .......................................................24
2.1.4. Các loại hình cơng nghệ biến tính nhiệt điển hình hiện nay ................26
2.2. Cơ chế biến đổi tính chất gỗ của biến tính nhiệt [4], [12], [20] ...............27
2.2.1. Cơ chế biến đổi khối lượng thể tích của gỗ ...............................................27
2.2.2. Cơ chế cải thiện tính ổn định kích thước ...................................................28
2.2.3. Cơ chế biến đổi tính chất cơ học của gỗ ....................................................31
2.3. Nhận xét chung ............................................................................................35
Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM..................................................37


iv

3.1. Lựa chọn nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt gỗ Keo tai tượng .................37
3.2. Chuẩn bị nguyên liệu gỗ và thiết bị, dụng cụ thí nghiệm ........................39
3.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu gỗ ............................................................................39
3.2.2. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ thí nghiệm ........................................................40
3.3. Quy trình thực nghiệm ...............................................................................41
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................45
4.1. Kết quả nghiên cứu gỗ Keo tai tượng........................................................45
4.2. Kết quả kiểm tra tỷ lệ tổn hao khối lượng gỗ sau khi biến tính nhiệt ...47
4.3. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính nhiệt .............50
4.3.1. Khối lượng thể tích gỗ................................................................................50
4.3.2. Tính ổn định kích thước của gỗ .................................................................52
4.3.3. Tính chất cơ học của gỗ .............................................................................58
4.3.4. Tính chất cơng nghệ của gỗ .......................................................................64
4.3.5. Ảnh hưởng của các yếu tố khác tới chất lượng gỗ biến tính nhiệt ............66
4.4. Tổng hợp kết quả nghiên cứu và đánh giá chất lượng gỗ Keo tai tượng
sau khi biến tính nhiệt........................................................................................67
4.4.1. Tổng hợp kết quả nghiên cứu .....................................................................67
4.4.2. Đánh giá chất lượng gỗ Keo tai tượng sau khi biến tính nhiệt .................68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................76
PHỤ LỤC ............................................................................................................80


v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT

Ký hiệu

Tên gọi

1

T

Nhiệt độ

2

t

Thời gian

h

3

ML

Tỷ lệ tổn hao khối lượng gỗ

%

4



5

ASE

Hệ số chống trương nở

%

6

WRE

Hiệu suất chống hút nước

%

7

WAđc

Tỷ lệ hút nước của gỗ đối chứng

%

8

WAbt

Tỷ lệ hút nước của gỗ biến tính

%

9

Sđc

Tỷ lệ trương nở của gỗ đối chứng

%

10

Sbt

Tỷ lệ trương nở của gỗ sau khi biến tính

%

11

m0

Khối lượng của mẫu gỗ được sấy khô kiệt

g

12

m1

Khối lượng của mẫu gỗ sau khi ngâm nước

g

13

V0

Thể tích của mẫu gỗ được sấy khơ kiệt

cm3

14

V1

Thể tích của mẫu gỗ sau khi ngâm nước

cm3

15

nd

Độ bền nén dọc thớ

MPa

16

MOR

Độ bền uốn tĩnh

MPa

17

MOE

Mô đun đàn hồi uốn tĩnh

MPa

18



Độ bền kéo trượt màng keo

MPa

19

ĐC

Đối chứng

20

X

Trung bình mẫu

21

SD

Độ lệch chuẩn

22

SE

Sai số chuẩn

23

S%

Hệ số biến động

24

P%

Hệ số chính xác

25

C(95%)

Khối lượng thể tích

Sai số cực hạn của ước lượng với độ tin cậy 95%

Đơn vị
o

C

g/cm3


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

STT
1.1
1.2
2.1
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7

4.8
4.9
4.10

Chế độ xử lý nhiệt cho gỗ Keo tai tượng
Một số thông số kỹ thuật của của thiết bị biến tính
nhiệt thí nghiệm
So sánh các cơng nghệ xử lý nhiệt hiện nay
Tiêu chuẩn và kích thước mẫu dùng để kiểm tra chất
lượng gỗ Keo tai tượng
Kết quả xử lý số liệu thống kê tỷ lệ tổn hao khối lượng
gỗ, %
Kết quả xử lý số liệu thống kê khối lượng thể tích của
gỗ Keo tai tượng, g/cm3
Kết quả xử lý số liệu thống kê hiệu suất chống hút
nước của gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt, %
Kết quả xử lý số liệu thống kê hệ số chống trương nở
của gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt, %
Kết quả xử lý số liệu thống kê độ bền nén dọc thớ của
gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt, Mpa
Kết quả xử lý số liệu thống kê độ bền uốn tĩnh của gỗ
Keo tai tượng sau xử lý nhiệt, Mpa
Kết quả xử lý số liệu thống kê mô đun đàn hồi uốn
tĩnh của gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt, Mpa
Kết quả xử lý số liệu thống kê độ bền kéo trượt màng
keo gỗ Keo tai tượng sau xử lý nhiệt, Mpa
Tổng hợp kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý của gỗ
Keo tai tượng sau 9 chế độ xử lý nhiệt
So sánh độ bền uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng sau biến
tính nhiệt với một số loại gỗ khác

Trang
13
14
27
43
47
50
54
55
58
60
61
64
67
71


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
STT

Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

1.1

Thiết bị biến tính nhiệt

14

1.2

Mẫu xác định các tính chất vật lý của gỗ

14

1.3

Mẫu xác định cường độ nén dọc thớ

17

1.4

Mẫu xác định cường độ uốn tĩnh uốn tĩnh và mô đun đàn
hồi uốn tĩnh

18

1.5

Một số thiết bị, dụng cụ thí nghiệm dùng kiểm tra tính
chất vật lý, cơ học của gỗ

20

2.1

Cấu trúc gỗ từ thô đại đến hiển vi và siêu hiển vi và các
hình thức thay đổi trong tế bào gỗ do biến tính

22

2.2

Sự thay đổi của liên kết hydro giữa các phân tử cellulose

30

2.3

Quá trình phân giải do nhiệt của hemicellulose trong gỗ

32

2.4

Quá trình nhiệt giải của cellulose

34

2.5

Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt

35

3.1

Mẫu gỗ Keo tai tượng dùng để biến tính nhiệt

40

3.2

Quy trình thực nghiệm biến tính nhiệt gỗ Keo tai tượng

41

3.3

Xếp mẫu vào thiết bị biến tính nhiệt

41

3.4

Mẫu xác định các tính chất vật lý và cơ học của gỗ

42

3.5

Kiểm tra độ bền nén dọc thớ của gỗ

43

3.6

Kiểm tra độ bền uốn tĩnh của gỗ

44

3.7

Kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo của gỗ

44

4.1

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với tỷ lệ tổn hao khối lượng gỗ Keo tai tượng sau biến
tính

48

4.2

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với khối lượng thể tích của gỗ Keo tai tượng

51

4.3

Độ hút nước của gỗ Keo tai tượng trước và sau xử lý

theo thời gian ngâm nước

53


viii

4.4

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với hiệu suất chống hút nước của gỗ Keo tai tượng

54

4.5

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với hệ số chống trương nở của gỗ Keo tai tượng

56

4.6

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với độ bền nén dọc thớ của gỗ Keo tai tượng

59

4.7

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với độ bền uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng

61

4.8

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với mô đun đàn hồi uốn tĩnh của gỗ Keo tai tượng

62

4.9

Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với độ bền kéo trượt màng keo của gỗ Keo tai tượng

65

4.10

Màu sắc của gỗ sau khi biến tính nhiệt

69


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Trong những năm gần đây, gỗ rừng trồng đã và đang được đưa vào
thực tế sản xuất, thay thế một phần gỗ rừng tự nhiên để đáp ứng yêu cầu về
nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất. Tuy nhiên, khi sử dụng làm nguyên liệu
sản xuất đồ gỗ, gỗ rừng trồng đã xuất hiện một số nhược điểm như: sự khơng
đồng đều về màu sắc của gỗ, gỗ bị giịn khiến q trình gia cơng gặp nhiều
khó khăn, trong gỗ tồn tại nhựa và túi nhựa hay gỗ bị nứt vỡ và biến dạng
trong quá trình sấy.v.v..
Kết quả nghiên cứu của PGS.TS. Trần Văn Chứ (2006) [3], cho biết
những nhược điểm của gỗ rừng trồng về tính chất cơ, vật lý thấp, màu sắc
xấu, dễ bị cong vênh, nứt vỡ, khả năng bám dính hạn chế... làm cho q trình
gia cơng chế biến các sản phẩm gặp rất nhiều khó khăn, chất lượng gỗ bị giảm
sút, kéo theo chất lượng sản phẩm bị hạn chế, độ thẩm mỹ không cao, khó
thuyết phục người tiêu dùng.
Trong nhiều loại cây gỗ rừng trồng ở nước ta, Keo tai tượng là lồi cây
có trữ lượng lớn và được triển khai trồng tại các tỉnh, đặc biệt là các tỉnh miền
núi phía Bắc Việt Nam. Đây là dạng cây gỗ lớn, chiều cao có thể đạt tới 30 m.
Đường kính có thể đạt được đến 120–150 cm. Keo tai tượng có khả năng cải
tạo đất rất tốt, đồng thời sinh trưởng, phát triển nhanh, dễ chăm sóc, chu kỳ
kinh doanh ngắn (chu kỳ 15 năm, 7 năm sau khi trồng có thể thu hoạch) [10].
Một ưu điểm nữa rất đáng chú ý, rừng Keo tai tượng khó bị cháy hơn các loại
rừng cây khác, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ rừng. Tuy
nhiên, gỗ Keo tai tượng cũng tồn tại nhiều khuyết tật như các loài cây mọc
nhanh rừng trồng khác nên đã làm ảnh hưởng không nhỏ tới pha ̣m vi sử du ̣ng
của gỗ Keo tai tượng. Ở Việt Nam, Keo tai tượng được trồng rừng với mục
đích chủ yếu là cải tạo môi trường sinh thái, làm gỗ nguyên liệu cho ngành


2

công nghiệp chế biến bột giấy, gỗ ván dăm, những cây gỗ lớn dùng để sản

xuất đồ gỗ... Nhưng gỗ Keo tai tươ ̣ng ít đươ ̣c sử du ̣ng để đóng đồ ngoại thất,
đờ gỗ sử du ̣ng nơi đô ̣ ẩ m cao và các chi tiế t đồ gỗ mang tính thẩ m my…
̃
Để sử dụng hiệu quả nguyên liệu gỗ rừng trồng nói chung và gỗ Keo tai
tượng nói riêng cho sản xuất đồ gỗ, cần tập trung nghiên cứu xác định giải
pháp biến tính phù hợp để khắc phục một số hạn chế thường xuất hiện ở gỗ và
tăng cường chất lượng theo yêu cầu của sản phẩm.
Trong các phương pháp biến tính gỗ hiện nay, phương pháp biến tính
nhiệt là phương pháp đang ngày càng được các nhà khoa học đầu tư nghiên
cứu. Do trong q trình xử lý khơng sử dụng bất cứ loại hóa chất nào mà chỉ
thơng qua tác dụng của nhiệt độ làm thay đổi tính chất gỗ, khắ c phu ̣c mô ̣t số
khuyế t tâ ̣t gỗ như ổ n đinh
̣ kích thước, giảm khả năng hút, nhả ẩ m, giảm khả
năng cong, vênh, nứt nẻ, đồ ng đề u màu sắ c gỗ,… tạo ra sản phẩm mới có tính
năng tốt, đáp ứng u cầu sử dụng, từ đó mở rộng được phạm vi sử dụng gỗ
rừng trồng.
Từ những luận điểm khoa học và yêu cầu thực tiễn nêu trên, được sự
đồng ý của Hội đồng khoa học - công nghệ, trường Đại học Lâm nghiệp, tôi
tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:“Nghiên cứu ảnh hưởng
của nhiệt độ và thời gian xử lý đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ Keo tai
tượng (Acacia mangium Willd) bằng phương pháp biến tính nhiệt”.
2. Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu
* Ý nghĩa khoa học
Qua quá trình kế thừa, nghiên cứu lý thuyết - là những luận cứu có tính
khoa học kết hợp với thực nghiệm, đề tài đã đánh giá được những tác động,
ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến chất lượng gỗ biến tính
nhiệt, cụ thể là gỗ Keo tai tượng. Từ đó, đánh giá được chất lượng và đưa ra
những định hướng sử dụng gỗ Keo tai tượng sau q trình biến tính. Việc

3

nghiên cứu ảnh hưởng của hai thông số nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt có
thể coi là tiền đề để nghiên cứu về cơng nghệ biến tính cho gỗ bằng cách sử
dụng nhiệt độ cao.
Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt cho gỗ tuy đã có từ khá lâu trên
thế giới, nhưng tại Việt Nam đây lại là hướng nghiên cứu hoàn toàn mới. Đặc
biệt, đề tài áp dụng phương pháp biến tính sử dụng nhiệt độ cao trong mơi
trường khơng khí với áp suất thường và khơng sử dụng chất xúc tác nào. Như
vậy, kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo có giá trị khoa học trong định
hướng nghiên cứu ban đầu của lĩnh vực này và từ đó có những hướng nghiên
cứu mới áp dụng hiệu quả hơn cơng nghệ biến tính nhiệt gỗ tạo ra những vật
liệu mới đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thực tiễn sử dụng.
* Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài nghiên cứu sử dụng phương pháp biến tính nhiệt với mơi trường
xử lý là khơng khí áp suất thường và không sử dụng chất xúc tác. Đây là một
phương pháp biến tính khơng phức tạp và có thể đễ dàng thực hiện đối với
điều kiện thực tế sản xuất ở nước ta. Như vậy, có thể thấy việc chuyển giao
công nghệ, áp dụng vào thực tế sản xuất tại các cơ sở chế biến gỗ trong nước
là hồn tồn có thể thực hiện được.
Mặt khác, giá thành khi biến tính nhiệt bằng khơng khí thường khơng
cao, do đó phù hợp với việc áp dụng vào sản xuất thực tiễn. Đây được coi là
một kỹ thuật mới giúp cải thiện tính chất của gỗ, đặc biệt là các loại gỗ mọc
nhanh rừng trồng, từ đó phần nào giúp giải quyết được vấn đề cấp bách hiện
nay của ngành công nghiệp chế biến gỗ - vấn đề thiếu hụt nguyên liệu.


4

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng luận về các cơng trình đã cơng bố về vấn đề biến tính nhiệt cho gỗ

1.1.1. Trên thế giới
Biến tính nhiệt là một loại phương pháp biến tính vật lý đối với gỗ đã
và đang được nghiên cứu và ứng dụng một cách sâu rộng.
Nền tảng khoa học của xử lý nhiệt gỗ đã được bắt đầu nghiên cứu vào
những thập niên 20~30 của thế kỷ trước. Năm 1915, trong báo cáo của
Tiemann [7] đã chỉ ra, gỗ sau khi sấy ở nhiệt độ 150oC trong thời gian 4h, tính
hút ẩm giảm 10-25%, nhưng cường độ của gỗ cũng có sự giảm sút. Năm
1937, trong báo cáo của Stamm và Hansen [21] thể hiện, xử lý nhiệt trong
điều kiện có các loại chất khí bảo vệ, độ ẩm bão hịa của gỗ, tỉ lệ co rút, dãn
nở của gỗ đều giảm xuống. Tiếp sau nghiên cứu đó, Stamm cịn tiến hành
phân tích nhân tố làm giảm khối lượng gỗ và ảnh hưởng của quá trình xử lý
nhiệt đến tỷ lệ giảm khối lượng gỗ [22].
Thế nhưng trong giai đoạn này, gỗ xử lý nhiệt vẫn chưa được ứng dụng
trong thương nghiệp, nguyên nhân chủ yếu là thiết bị xử lý nhiệt gỗ có u
cầu tương đối cao: Lị xử lý cần có nhiệt độ xử lý khoảng trên dưới 200 oC;
cần phải giữ cho mơi trường bên trong lị cách biệt được với ô-xy, để tránh gỗ
bị cháy ở nhiệt độ cao; cần phải đảm bảo sự điều hòa đều đặn trong q trình
gia nhiệt cho gỗ; vỏ lị cần có tính chịu nhiệt, độ bền tốt… Ngồi ra, tính chất
cơ học của gỗ có thể bị giảm sau khi xử lý nhiệt, làm cho sự mở rộng ứng
dụng gỗ xử lý nhiệt càng hạn chế hơn.
Mặc dù vậy, những nghiên cứu và tổng kết về xử lý nhiệt gỗ và các chủ
đề liên quan, như kỹ thuật sấy gỗ ở nhiệt độ cao vẫn không hề gián đoạn. F.
Kollmann đã tiến hành nghiên cứu về tính hút ẩm gỗ và sự biết đổi tỷ lệ các
thành phần hóa học của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt [28-29], W. E. Hillis đã


5

tiến hành nghiên cứu một cách hệ thống về tính ổn định kích thước và sự biến
đổi thành phần hóa học tương ứng trong xử lý nhiệt gỗ ở nhiệt độ cao [36].
Đến thập niên 90 của thế kỷ 20, cùng với sự thiếu hụt về nguyên liệu
gỗ và vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng, con người cấp thiết tìm
kiếm phương pháp biến tính gỗ thân thiện với mơi trường, từ lúc đó nhiều
nghiên cứu đã được tiến hành, nghiên cứ về công nghệ, thiết bị và vật liệu để
xử lý nhiệt gỗ đều đã thu được những cải tiến đáng kể, điều kiện để ứng dụng
thương mại hóa đã được hội đủ. Trong giai đoạn này, nghiên cứu kỹ thuật xử
lý nhiệt gỗ ở Châu Âu, Nhật Bản đã rất sôi động, nhiều học giả đã tiến hành
nghiên cứu rộng hơn và tồn diện hơn về cơng nghệ xử lý nhiệt và sự biến đổi
tính chất của vật liệu, ngồi tính hút ẩm và tính chất cơ học của gỗ xử lý nhiệt
ra, sự biến màu và các thuộc tính về mơi trường của nó cũng được tiến hành
nghiên cứu phân tích. M. Hakkou đã tìm tịi nghiên cứu cơ chế biến đổi tính
hút ẩm của gỗ xử lý nghiệt [33].
Ngoài ra, Hiroshi Jnno (1993) cũng đã kết luận rằng: 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 [7].
Nghiên cứu cơ chế biến đổi bên trong vật liệu hiện nay đang rất được
coi trọng và cũng đã thu được những tiến triển rõ ràng. B. F. Tjeerdsma đã
ứng dụng kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và quang phổ hồng ngoại
(FTIR) để tiến hành phân tích các lớp phân tử để nghiên cứu cơ chế biến tính
nhiệt [24], [25], D. P.Kamdem đã nghiên cứu so sánh tính hút nước và cường
độ chịu uốn của gỗ xử lý nhiệt, trên cơ sở đó, thơng qua phân tích hóa học,

6

phân tích sắc phổ và phân tích bằng kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân đã phân
tích sự ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến các thành phần hóa học của gỗ [26],
[27].
Nghiên cứu về mơ hình tốn học của xử lý nhiệt đã có từ năm 1974, A.
V. Lykov đã kiến lập phương trình vi phân về sự trao đổi nhiệt trong mao
mạch nhiều lỗ [12]. Năm 1991, Jen Y. Liu đã đưa ra phương pháp giải
phương trình Lykov. D. Kocaefe đã thơng qua thực nghiệm so sánh phương
trình Lykov, mơ phỏng chính xác mơ hình khuếch tán và mơ hình nhiều pha
của q trình xử lý nhiệt [12].
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã trực tiếp thúc đẩy sự phát triển
của nghề xử lý nhiệt gỗ. Gỗ xử lý nhiệt từ năm 1990 đã bắt đầu được ứng
dụng trong thương nghiệp. Hiện nay, Châu Âu đã tiến tới giai đoạn sản xuất
với 5 loại phương pháp công nghệ xử lý nhiệt gỗ chủ yếu là: phương pháp xử
lý Thermowood của Phần Lan, phương pháp xử lý PLATO của Hà Lan,
phương pháp xử lý Ratification và Le Bois Perdure của Pháp và phương pháp
xử lý dầu nhiệt (Hot Oil Treatment) của Đức [12]. Mặc dù phương pháp của 5
loại này về cơng nghệ có sự khác nhau khá lớn, nhưng chúng đều có những
điểm cơ bản giống nhau là: Nhiệt độ xử lý gỗ trên dưới 200oC, gỗ được xử lý
trong mơi trường khơng có ơ-xy hoặc ít ô-xy, thời gian xử lý nhiệt hiệu quả
được tính bằng giờ. Những điểm giống nhau này đã cấu thành định nghĩa về
gỗ xử lý nhiệt hay còn gọi là gỗ biến tính nhiệt (Heat-treated wood, Thermalmodified wood).
Với những nghiên cứu một cách khoa học, bài bản như vậy, công nghệ
biến tính nhiệt gỗ trên thế giới, đặc biệt là tại các nước phát triển rất mạnh. Có
một số tập đồn, nhà máy có quy mơ sản xuất lớn đã có cả những phịng thí
nghiệm riêng, chun nghiên cứu để phát triển, hồn thiện cơng nghệ của
mình.

7

1.1.2. Tại Việt Nam
Cơng nghệ biến tính nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng đã được nhiều
nhà khoa học quan tâm với những thành cơng đáng khích lệ. Hiện nay, đã có
nhiều cơng trình nghiên cứu về biến tính cho gỗ bằng hóa chất đã được cơng
bố trong và ngồi nước.
Tuy nhiên, các cơng trình nghiên cứu về biến tính gỗ bằng nhiệt độ cao
còn rất hạn chế. Cho đến thời điểm hiện tại mới chỉ có một vài cơng trình
nghiên cứu liên quan đến cơng nghệ biến tính nhiệt. Nổi bật là:
Lê Xuân Phương (2007) nghiên cứu xử lý nhiệt độ cao cho gỗ Bồ đề và
cho kết quả khả quan: Sau khi áp dụng chế độ xử lý nhiệt độ cao (<200oC)
trong mơi trường khí N2 và chân khơng, thì tính ổn định kích thước của gỗ
tăng rõ rệt, khả năng thấm ướt giảm, khả năng kháng nấm mốc tăng, màu sắc
gỗ sẫm và đồng đều hơn [30], [31].
Vũ Mạnh Tường (2011) đã áp dụng công nghệ xử lý biến tính nhiệt tiến
hành xử lý gỗ Keo lai (Acacia hybrid) rừng trồng của Việt Nam trong mơi
trường khí N2, ở nhiệt độ 210-230 (oC), thời gian xử lý 2-6 (h). Thông qua lợi
dụng các phương pháp cơ học, vật lý, hóa học, chiếu xạ bằng tia tử ngoại và
phân tích quang phổ (FTIR, XPS, CP MAS 13C NMR, XRD) tiến hành nghiên
cứu tính chất và cơ chế biến tính của gỗ Keo lai. Trên cơ sở kết quả nghiên
cứu, Luận án đã xác định được cơ chế biến đổi tính chất gỗ trong q trình xử
lý biến tính nhiệt và đã xây dựng được thông số công nghệ biến tính nhiệt cho
gỗ Keo lai rừng trồng của Việt Nam [34], [35].
Trần Thị Huê (2011), thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: “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)”. Kết quả cho thấy nhiệt độ và thời gian xử lý
ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý của gỗ. Hệ số chống trương nở ASE
tăng dần từ 28,37% đến 45,74%; Hiệu suất chống hút nước WRE tăng dần từ

8

13,14% đến 22,04% khi nhiệt độ tăng và thời gian xử lý tăng. Độ bền uốn tĩnh
giảm mạnh từ 5,19% đến 42% so với mẫu đối chứng; Độ bền nén dọc thớ
giảm dần từ 1,96% đến 22,82% so với mẫu đối chứng. Ở nhiệt độ 130 0C độ
bền nén dọc thớ giảm không đáng kể, ở nhiệt độ 170 0C độ bền nén dọc thớ
của mẫu giảm rõ nét [8].
Nguyễn Trung Hiếu (2012) đã nghiên cứu: “Nghiên cứu mối quan hệ
giữa việc xử lý ổn định kích thước đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ
của gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) đã xử lý chậm cháy”. Qua các thí
nghiệm xử lý chậm cháy bằng MAP và xử lý nhiệt (nhiệt độ xử lý 180oC và
thời gian xử lý là 2h, 4h, 6h) đối với gỗ Keo lá tràm, đề tài cho thấy: tính ổn
định kích thước của gỗ Keo lá tràm tăng lên nhưng cường độ uốn tĩnh, cường
độ nén dọc thớ, khả năng dán dính của gỗ Keo lá tràm đã xử lý bằng MAP sau
khi xử lý nhiệt thấp hơn so với gỗ không xử lý bằng MAP, và các giá trị này
giảm dần khi kéo dài thời gian xử lý nhiệt. Ngoài ra, khả năng chậm cháy của
gỗ Keo lá tràm đã qua xử lý bằng MAP và xử lý nhiệt tốt hơn so với mẫu đối
chứng và mẫu gỗ không xử lý bằng MAP [7].
Tiếp đó là một số đề tài nghiên cứu tốt nghiệp, nghiên cứu khoa học
của sinh viên trường Đại học Lâm nghiệp cũng được thực hiện theo hướng
này. Tuy nhiên, điều kiện và phương pháp nghiên cứu, kiểm tra, đánh giá còn
hạn chế, bởi vậy, kết quả thu được mới chỉ dừng lại ở mức tham khảo mà
chưa thể ứng dụng thực tiễn. Riêng về biến tính nhiệt độ cao cho gỗ Keo tai
tượng trong mơi trường khơng khí, đến nay chưa có đề tài nghiên cứu nào
trong nước được thực hiện.
1.1.3. Định hướng nghiên cứu
Qua tìm hiểu về tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước như trên cho
thấy:

9

Trên thế giới, các nghiên cứu về biến tính nhiệt gỗ, nâng cao chất lượng
gỗ rất được quan tâm, coi trọng. Cơng nghệ biến tính nhiệt và ứng dụng của
nó đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và hoàn thiện khơng ngừng.
Nhờ có các nghiên cứu này, nhiều cơng nghệ mới, cải tạo chất lượng gỗ đã
được áp dụng một cách hiệu quả. Đó là những cơ sở và luận chứng khoa học
nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng dụng vào điều kiện ở Việt
Nam.
Bởi vì, tại Việt Nam, những nghiên cứu về lĩnh vực này cịn q ít.
Trước tình hình gỗ tự nhiên ngày càng cạn kiệt, nguồn nguyên liệu truyền
thống cho sản xuất đồ gỗ sẽ khơng cịn, vấn đề sử dụng gỗ rừng trồng làm
nguyên liệu thay thế sẽ là tất yếu.
Thực tế, hướng sử dụng biến tính gỗ rừng trồng, nâng cao chất lượng
gỗ bằng phương pháp hóa học để làm nguyên liệu sản xuất đồ gỗ đã là giải
pháp tiết kiệm gỗ. Song, nếu như gỗ biến tính này cũng được sản xuất từ
những loại gỗ rừng trồng, nhưng sử dụng cơng nghệ biến tính nhiệt tác động
và khơng sử dụng bất kỳ loại hóa chất nào để nâng cao chất lượng gỗ thì điều
đó cịn có ý nghĩa hơn rất nhiều lần. Để làm được điều này, cần phải xác định
rõ một số định hướng nghiên cứu như sau:
- Tiến hành nghiên cứu, tìm ra những loại phương pháp biến tính nhiệt
phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước và đặc biệt là phù hợp với những
loại gỗ rừng trồng trong nước.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ tới chất lượng gỗ sau
khi biến tính để có thể tiến tới, đưa ra được những quy trình cơng nghệ với
những thơng số phù hợp nhất, tạo ra gỗ có màu sắc đẹp, chất lượng cao mà
khơng ảnh hưởng tới khả năng sử dụng chúng trong các công đoạn gia công,
chế biến tiếp sau.

10

- Nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng của gỗ biến tính nhiệt trong
nhiều lĩnh vực như: sản xuất đồ gỗ ngồi trời, những nơi ẩm ướt, thiết bị
phịng tắm hơi,...
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng mà luận văn tập trung nghiên cứu là: Ảnh hưởng của nhiệt
độ và thời gian xử lý nhiệt đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ Keo tai tượng
bằng phương pháp biến tính nhiệt.
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu
* Yếu tố cố định
- Nguyên liệu: Gỗ Keo tai tượng
+ Độ tuổi: 9-10 năm. Đây là độ tuổi phổ biến cho kinh doanh gỗ rừng
trồng một số loài cây Keo làm gỗ xẻ đóng đồ gỗ hiện nay ở Việt Nam.
+ Địa điểm khai thác: Ba Vì – Hà Nội.
+ Kích thước mẫu dùng cho nghiên cứu thực nghiệm: Mẫu gỗ có kích
thước dày x rộng x dài = 23 x 150 x 350 (mm).
+ Đô ̣ ẩ m của gỗ trước khi xử lý: MC = 12-15%.
- Công nghệ: Nghiên cứu giai đoạn xử lý nhiệt của q trình biến tính nhiệt.
+ Mơi trường xử lý: Khơng khí; Khơng sử dụng chất xúc tác.
+ Áp suất mơi trường xử lý: Áp suất thường.
- Quy mô thực hiện: Trong phịng thí nghiệm.
- Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm được sử
dụng đảm bảo độ tin cậy, chất lượng cao, hiện có tại TT.TN-TH Khoa CBLS Trường ĐHLN.


11

* Yếu tố thay đổi
Mục đích chính của luận văn là xác định ảnh hưởng của thông số công
nghệ (nhiệt độ và thời gian) xử lý nhiệt đến chất lượng gỗ nên đề tài chọn 2
yếu tố thay đổi là nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt.
- Nhiệt độ xử lý: 170oC; 190oC; 210oC.
- Thời gian xử lý: 3h; 6h; 9h.
* Một số chỉ tiêu chất lượng gỗ Keo tai tượng sau khi biến tính nhiệt cần
kiểm tra:
- Tính chất vật lý: Khối lượng thể tích; Hiệu suất chống hút nước; Hệ số
chống trương nở.
- Tính chất cơ học: Độ bền nén dọc thớ; Độ bền uốn tĩnh; Mô đun đàn hồi uốn
tĩnh.
- Tính chất cơng nghệ: Độ bền kéo trượt màng keo.
* Ứng dụng của gỗ sau biến tính nhiệt: Dùng làm nguyên liệu trong sản xuất
đồ gỗ thông dụng. Đặc biệt là đồ ngoại thất và đồ gỗ ở những nơi có độ ẩm
cao như bàn, ghế, tủ bếp, ván ốp trần, tường và đồ dùng trong phòng tắm
hơi,...
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
* Mục tiêu tổng quát
- Tạo ra các sản phẩm gỗ mới có chất lượng cao bằng công nghệ xử lý
thân thiện với môi trường từ gỗ mọc nhanh rừng trồng;
- Góp phần đưa ra được quy trình cơng nghệ xử lý nhiệt gỗ Keo tai
tượng.
* Mục tiêu cụ thể
- Xây dựng được mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến
một số chỉ tiêu chất lượng gỗ Keo tai tượng;


12

- Đánh giá được chất lượng và khả năng sử dụng gỗ biến tính nhiệt đã
tạo ra từ quy trình thực nghiệm.
1.4. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu và nghiên cứu về cơng nghệ biến tính gỗ bằng phương pháp
xử lý nhiệt độ cao;
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo và một số tính chất cơ học, vật lý, hóa
học chủ yếu của gỗ Keo tai tượng;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý đến một số chỉ
tiêu chất lượng gỗ Keo tai tượng sau khi biến tính nhiệt;
- Đánh giá chất lượng và khả năng sử dụng gỗ biến tính nhiệt đã tạo ra
từ quy trình thực nghiệm.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Được sử dụng trong nghiên cứu các cơng trình khoa học, tổng hợp cơ sở
lý luận để giải quyết các nội dung: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu; Tạo lập cơ
sở lý luận của đề tài; Thu thập thông tin về: Phân bố, trữ lượng, đặc điểm cấu
tạo thơ đại và hiển vi, tính chất và hiệu quả sử dụng gỗ Keo tai tượng để xây
dựng tổng quan về gỗ Keo tai tượng.
Ngoài ra phương pháp này cịn tìm hiểu và lựa chọn để kế thừa những
yếu tố cơng nghệ thích hợp, phù hợp với mục đích nghiên cứu của đề tài
nhằm rút ngắn được thời gian và kinh phí nghiên cứu.
1.5.2. Phương pháp chuyên gia
Phương pháp chuyên gia được ứng dụng để giải quyết các vấn đề: Xác
định các thông số cố định cho quá trình xử lý; Lựa chọn thơng số nhiệt độ và
thời gian xử lý thích hợp.


13

1.5.3. Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm được ứng dụng trong việc biến tính nhiệt gỗ
Keo tai tượng và tạo các mẫu, kiểm tra chất lượng gỗ sau khi xử lý nhiệt. Từ
đó, tiến hành xác lập mối tương quan giữa nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt
với một số chỉ tiêu chất lượng gỗ Keo tai tượng sau khi biến tính.
1.5.3.1. Phương pháp biến tính nhiệt
Đề tài áp dụng phương pháp biến tính nhiệt độ cao trong mơi trường
khơng khí áp suất thường và khơng sử dụng chất xúc tác để xử lý gỗ Keo tai
tượng. Trong đó, giai đoạn xử lý nhiệt được thực hiện ở 9 chế độ như sau:
Bảng 1.1: Chế độ xử lý nhiệt cho gỗ Keo tai tượng
Chế độ

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

Thời gian xử lý, t (h)

1

170

3

2

170

6

3

170

9

4

190

3

5

190

6

6

190

9

7

210

3

8

210

6

9

210

9

- Thiết bị biến tính nhiệt: Có hệ thống điều khiển bằng PLC, được sản
xuất năm 2010.


14

a)

b)

Hình 1.1: Thiết bị biến tính nhiệt
Bảng 1.2: Một số thơng số kỹ thuật của của thiết bị biến tính nhiệt thí nghiệm
Tên thiết bị

Thơng số kỹ thuật

Trị số

Đơn vị

Trọng lượng

750

kg

Thiết bị biến tính

Nhiệt độ gia nhiệt max

230

0

nhiệt thí nghiệm

Bộ phận gia nhiệt bằng điện

(Model: Sumpot)

C

3

chiếc

Đường kính trong khoang chứa

600

mm

Chiều dài khoang chứa

1300

mm

Trọng lượng

750

kg

1.5.3.2. Phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm
a. Phương pháp kiểm tra khối lượng thể tích của gỗ [16]
- Tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 8048-2:2009
- Kích thước mẫu: 20 х 20 х 30 (mm)

Hình 1.2: Mẫu xác định các tính chất vật lý của gỗ


15

- Dung lượng mẫu: 30 mẫu/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.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Sấy mẫu: 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 tồn, 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.
+ Cân mẫu: Mẫu khơ kiệt được đưa vào bình hút ẩm làm nguội, sau đó
sử dụng cân điện tử để tiến hành cân mẫu cân được khối lượng m0, g.
+ Sau khi cân xong các mẫu gỗ, Sau đó, dùng thước kẹp đo kích thước
3 chiều của mẫu, từ đó tính được thể tích V0, cm3.
Cơng thức xác định tỷ lệ tổn hao khối lượng gỗ sau khi xử lý (MLMass loss) [34]:

ML 

mot  mos
x100,%
mot

(1.1)

Trong đó: ML – Tỷ lệ giảm khối lượng gỗ sau khi xử lý, %
m0t - Khối lượng gỗ khô kiệt trước xử lý, g
m0s - Khối lượng gỗ khô kiệt sau khi xử lý, g
Công thức xác định thể tích gỗ:
0 

m0
, g/cm3
V0

(1.2)

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

m0 - Khối lượng gỗ khơ kiệt, g
V0 - Thể tích gỗ khô kiệt, cm3