Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thủy nhiệt đến một số tính chất gỗ keo lá tràm

LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự đồng ý và hỗ trợ của Ban giám hiệu nhà trƣờng- Khoa Chế Biến
Lâm sản - Bộ môn công nghệ ván nhân tạo và NGƢT.PGS.TS. Phạm Văn
Chƣơng. Sau thời gian tiến hành nghiên cứu tôi đã hoàn thành đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thuỷ - nhiệt đến một số tính chất
gỗ Keo lá tràm”.
Qua đây tôi xin ày t

ng iết ơn sâu s c đến các quý th y cô giáo

trong ộ môn Công nghệ sản xuất ván nhân tạo - Khoa Chế iến Lâm sảnTrƣờng Đại học Lâm nghiệp, những ngƣời đã tận tình giúp đỡ tơi trong suốt
ốn năm học.
Đặc iệt tôi xin chân thành cảm ơn NGƢT.PGS.TS Phạm Văn Chƣơng
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tơi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này.
Tôi cũng xin cảm ơn cán ộ ãnh đạo, cùng tồn thể cơng nhân viên
thuộc Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Chế iến Lâm sản, Trung tâm
thông tin khoa học thƣ viện và Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển
giao công nghệ công nghiệp Rừng trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo điều
kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khố uận.
Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, ạn è đồng nghiệp đã hết

ng giúp

đỡ tôi về mặt tinh th n cũng nhƣ vật chất trong suốt thời gian tôi học tập ở
trƣờng.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2011
Sinh viên thực hiện

Dƣơng Đình Nhân

MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................... 1
Ph n 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3
1.1. Khái niệm iến tính thủy nhiệt .............................................................. 3
1.2. Tình hình nghiên cứu iến tính gỗ trên thế giới và trong nƣớc ............. 3
Ph n 2. MỤC TIÊU, PHẠM VI, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 8
2.1. Mục tiêu.................................................................................................. 8
2.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 8
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................ 8
2.3.1. Phƣơng pháp ý thuyết .................................................................... 8
2.3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm .............................................................. 8
2.4. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................. 13
2.5. Phƣơng pháp xử ý số iệu ................................................................... 13
Ph n 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................. 16
3.1. Cơ sở ý thuyết ..................................................................................... 16
3.1.1. Sơ ƣợc về cơ sở khoa học của iến tính gỗ ................................. 16
3.1.2. Sự thay đổi của các tính chất gỗ khi có tác nhân xử ý ................. 20
3.1.3. Sơ ƣợc ý thuyết iến tính thủy nhiệt ........................................... 20
3.2. Nguyên, vật iệu dùng trong thí nghiệm .............................................. 23
3.2.1. Gỗ Keo á tràm .............................................................................. 23
3.2.2. Keo Synteko .................................................................................. 24
3.3. Thực nghiệm ........................................................................................ 26
3.3.1. Sơ đồ thực nghiệm ........................................................................ 26
3.3.2. Mơ tả thực nghiệm ........................................................................ 26
3.3.3. Kết quả thí nghiệm ........................................................................ 29
3.3.4. Nhận xét, phân tích và đánh giá kết quả ....................................... 36
Ph n 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT................................................................ 40
4.1. Kết uận ................................................................................................ 40
4.2. Tồn tại .................................................................................................. 40

4.3. Đề xuất ................................................................................................. 41
4.4. Kiến nghị .............................................................................................. 41
Tài iệu tham khảo ............................................................................................ 42


ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, khi gỗ mọc nhanh rừng trồng đang đƣợc trồng rất nhiều ở các
nƣớc trên thế giới thì xu hƣớng nghiên cứu iến tính theo hƣớng thay đổi tính
chất gỗ có ợi cho ngƣời sử dụng à hết sức c n thiết. Bên cạnh những ƣu
điểm của gỗ rừng trồng nhƣ sinh trƣởng nhanh, có khả năng tái sinh tự nhiên
rất tốt song gỗ mềm, nhẹ, tỷ trọng thấp hơn rất nhiều so với một số oài gỗ
rừng tự nhiên. Đây cũng à ý do mà mấy năm về trƣớc gỗ rừng trồng chủ yếu
phục vụ cho sản xuất ột giấy, sản xuất ván dăm, một số ít đƣợc sử dụng cho
sản xuất ao ì hoặc những đồ mộc khơng có tính thẩm mỹ cao.
Biến tính gỗ à q trình tác động hố học, cơ học, nhiệt học, sinh học
(enzyme) hoặc đồng thời àm thay đổi ại cấu trúc của gỗ mà chủ yếu à tác
động vào các nhóm hydroxy . Q trình này àm cho các tính chất của gỗ thay
đổi.
Biến tính gỗ có rất nhiều phƣơng pháp. Trong những năm g n đây ở các
nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật, Nga, Ph n Lan... đang sử dụng các phƣơng
pháp iến tính sau: nhiệt cơ, hố cơ, hoá học, nhiệt hoá, ức xạ - hoá học,
nano, enzyme. Biến tính gỗ theo hai xu hƣớng chủ yếu: nén chặt và khơng
nén chặt. Một số oại hình iến tính: ngâm tẩm, gỗ ép ớp, gỗ nén, gỗ tăng tỷ
trọng, po yme hoá.
Các kỹ thuật khác nhau đã đƣợc sử dụng để nâng cao những tính chất
của gỗ, chẳng hạn nhƣ, ảo quản gỗ ằng cách sử dụng chất ảo quản và
thuốc chống sâu mọt, sơn UV- hấp thụ,…
Tuy nhiên, nhiều trong số đó có những tác động tới mơi trƣờng. Vì lý do
này, các ứng dụng của chúng đang đƣợc hạn chế trong sản xuất.
Ở Việt Nam trong những năm g n đây, cơng nghệ iến tính gỗ theo các

xu hƣớng khác nhau nhƣ nâng cao khối ƣợng thể tích, tính chất vật ý, ổn
định kích thƣớc gỗ đã đƣợc nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm
nghiên cứu. Một số kết quả nghiên cứu về ổn định kích thƣớc gỗ đã đƣợc
1


nghiên cứu tại trƣờng Đại học Lâm nghiệp. Tr n Văn Chứ đã nghiên cứu ảnh
hƣởng của PEG, U - F đến chất ƣợng gỗ iến tính, Hồng Tiến Đƣợng đã
nghiên cứu ảnh hƣởng của xử ý nhiệt đến một số tính chất của gỗ Keo á
tràm, Vũ Huy Đại và Nguyễn Minh Hùng đã nghiên cứu ảnh hƣởng xử ý
vi sóng đến một số tính chất của gỗ Trám tr ng; ảnh hƣởng của tỷ suất nén
đến tính ổn định kích thƣớc của gỗ iến tính; xử ý ằng DMDHEU làm thay
đổi một số tính chất của gỗ Keo ai. Mặc dù những kết quả trên chỉ mang tính
thử nghiệm tuy vậy nó cũng đặt nền tảng an đ u cho các nghiên cứu tiếp
theo. Tuy nhiên cho đến nay ở nƣớc ta vẫn chƣa có cơng trình khoa học nào
nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình xử ý thủy - nhiệt đến tính chất vật ý, cơ
học, sinh học và tính chất cơng nghệ của gỗ Keo á tràm. Trên cơ sở đó, ƣớc
đ u tơi tiến hành thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý thuỷ - nhiệt đến một số tính
chất gỗ Keo lá tràm”.

2


Phần 1. TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm biến tính thủy - nhiệt [14, 15]
Biến tính thủy - nhiệt à q trình àm thay đổi một số tính chất vật ý, cơ
học, sinh học và tính chất cơng nghệ của gỗ dƣới tác dụng của nhiệt độ cao
khi xử ý gỗ ở trong nƣớc, sau đó đƣợc gia nhiệt ằng phƣơng pháp sấy.
1.2. Tình hình nghiên cứu biến tính gỗ trên thế giới và trong nƣớc

Các cơng trình nghiên cứu biến tính thủy - nhiệt trên thế giới
Trong những năm g n đây, việc xử ý nhiệt cho gỗ có khả năng àm thay
đổi một số tính chất của gỗ đƣợc nghiên cứu nhiều trên thế giới.
Allen và cộng sự (2002), nghiên cứu sự iến đổi các thành ph n hóa học
của cây Vân sam (Picea abies) dƣới tác dụng của nhiệt và chỉ ra rằng xử ý
nhiệt àm giảm hemicelluloses, trong khi đó sự phân hủy của cellulose và
lignin à khơng đáng kể.
Behbood Mohebby và Ibrahim Sanaei (2005), nghiên cứu ảnh hƣởng

của xử ý thuỷ - nhiệt đến tính chất vật ý của gỗ Sồi (Fagus orientalis).
Mẫu đƣợc đặt trong một khoang thép không gỉ và chứa đ y nƣớc, đun nóng ở
nhiệt độ 160, 180 và 2000C trong 4, 5 và 6 giờ. Kết quả cho thấy trƣơng nở đã
đƣợc giảm và khối ƣợng ị giảm nhẹ.
Inga JUODEIKIENĖ (2009), đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của xử ý thủy
- nhiệt đến cƣờng độ nén và uốn tĩnh của gỗ Thông. Các mẫu đƣợc xử ý ở 60,
80, 100 và 1200C với thời gian 24, 48, 72 và 96 giờ. Kết quả cƣờng độ uốn
tĩnh của gỗ Thông đƣợc xử ý nhiệt trong thời gian giảm xuống so với gỗ ban
đ u. Sau khi làm nóng ở nhiệt độ 600C cƣờng độ uốn tĩnh giảm từ 5,13% 9,0% so với gỗ chƣa đƣợc xử ý. Đối với các mẫu đun nóng ở nhiệt độ 800C
với thời gian khác nhau làm cho cƣờng độ uốn giảm từ 5,88% - 10,03%. Sau
khi àm nóng ở nhiệt độ 1000C cƣờng độ uốn giảm từ 5,73% - 12,52% và ở
3


nhiệt độ 1200C cƣờng độ uốn giảm từ 11,46% đến 13,73%. Cƣờng 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 cƣờng độ nén
dọc thớ gỗ tƣơng ứng 6% -14,5%, 8% - 18,3%, 0,1% - 11,7% và 2% - 7,4%.
Những kết quả này chỉ ra rằng nhiều thay đổi đáng kể đạt đƣợc trong q
trình làm nóng ở nhiệt độ 600C và 800C với thời gian 96 giờ. Sự gia tăng
cƣờng độ nén dọc thớ gỗ có thể đƣợc iên quan đến việc thay đổi kết cấu gỗ.

Phá hủy hệ thống hemicenluloses sớm hơn so với cellulose và lignin. Sự
xuống cấp của hemicelluloses từ những chuỗi dài chuỗi thành những chuỗi
ng n hơn, có khả năng chịu nén dọc thớ gỗ tốt hơn. Song cƣờng độ uốn tĩnh
và cƣờng độ nén vng góc với thớ gỗ giảm.
Kamdem và cộng sự (2002), xử ý nhiệt tăng sức đề kháng sinh học của
gỗ chống nấm thối. Kamdem et al cho rằng, việc xử ý nhiệt của gỗ giảm
môđun đàn hồi (MOR) khoảng 10 - 50%. Nghiên cứu chỉ ra rằng ất kỳ xử ý
tăng nhiệt độ và thời gian tăng môđun đàn hồi trong gỗ Sồi giảm xuống.
Militz (2002), xử ý nhiệt cho gỗ nhằm nâng cao các tính chất khác nhau
của nó, chẳng hạn nhƣ chống thấm nƣớc, ổn định kích thƣớc, hệ số chống
trƣơng nở (ASE), chống tia UV.
Yildiz et al (2002), nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hệ số chống
trƣơng nở (ASE) của gỗ Sồi. Chế độ xử ý ở nhiệt độ 1800C với các mức thời
gian à 2, 4 và 10 giờ sau đó thực hiện chu kỳ ngâm sấy. Kết quả thu đƣợc hệ
số ASE đặt khoảng 47,64%...
Các cơng trình nghiên cứu biến tính gỗ trong nước

4


Trong nƣớc ta có nhiều cơng trình nghiên cứu về iến tính gỗ. Đặc iệt
các cơng trình nghiên cứu của khoa Chế iến Lâm sản – trƣờng Đại học Lâm
nghiệp.
Vũ Huy Đại (2008), nghiên cứu quy trình cơng nghệ xử ý ván phủ mặt
từ gỗ Keo ai ằng DMDHEU (akrofix). Kết quả nghiên cứu đã cho thấy: Sau
khi đƣợc xử ý ằng DMDHEU với chất xúc à MgC 2 ở nhiệt độ 1300C các
tính chất vật ý và h u hết các tính chất cơ học của ván m ng gỗ Keo ai xử ý
đều đƣợc cải thiện.
Tr n Hoàng Đăng, nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm ƣợng và thời gian xử
lý chromium trioxide đến một số tính chất của gỗ Keo á tràm. Kết quả nghiên

cứu đã khẳng định các tính chất vật ý nhƣ tỷ ệ co rút thể tích và dãn nở thể
tích, độ hút ẩm của gỗ sau khi xử ý đƣợc cải thiện, các tính chất cơ học của
gỗ cũng tăng ên.
Nguyễn Thị Thu Hà (2004), nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ, thời
gian tẩm nhựa Po yurethane (P – U) đến chất ƣợng gỗ iến tính. Sau khi tiến
hành xử ý gỗ Keo á tràm ằng P – U với các cấp nồng độ 3 – 5 – 7 – 9 –
11% và thời gian từ 1 – 5 ngày thì àm tăng khối ƣợng thể tích, chống đƣợc
sự xâm nhập n m mốc, hạn chế co rút dãn nở…
Nguyễn Thị Thanh Hải (2005), nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ, thời
gian tẩm Urea đến một số chỉ tiêu chất ƣợng của gỗ iến tính. Kết quả thu
đƣợc tỷ ệ co rút và dãn nở của gỗ xử ý ằng Urea sau khi qua nén ép giảm,
tính chất cơ học tăng, khối ƣợng thể tích tăng, độ ám dính màng phủ P – U
ên ề mặt tốt hơn…
Tạ Thị Phƣơng Hoa (2005), nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian xử ý
nhiệt và axety hóa đến một số tính chất của gỗ Keo tai tƣợng (Acacia
mangium Will). Kết quả à sau khi xử ý đã àm thay đổi một số tính chất của
gỗ theo hƣớng có ợi cho ngƣời sử dụng.
5


Lê Ngọc Phƣớc, Nguyễn Văn Thoại (2010), nghiên cứu ảnh hƣởng của
thời gian ngâm tẩm hóa chất đến tính chất của gỗ iến tính ằng DMDHEU
dùng để phủ mặt ván sàn gỗ công nghiệp. Kết quả nghiên cứu cho thấy thời
gian ngâm tẩm hóa chất ảnh hƣởng trực tiếp đến tính chất của ván sàn. Độ
mài m n, độ ong tách màng keo và độ võng do uốn của ván xử ý đều giảm
so với ván không xử ý. Khối ƣợng thể tích của ván sàn thay đổi khơng đáng
kể qua các chế độ xử ý.
Nguyễn Chí Quang (2007), nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ và thời
gian ngâm polyetylen g yco (PEG) đến một số tính chất cơ học chủ yếu của
gỗ Keo á tràm. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Gỗ sau khi xử ý PEG thì

hệ số chống trƣơng nở (ASE) tăng. PEG đã góp ph n tích cực trong việc điều
chỉnh tốc độ ay hơi nƣớc của gỗ khi phơi sấy, nhờ đó àm giảm đáng kể hiện
tƣợng nứt nẻ - cong vênh khi sấy khô gỗ, ngay cả khi sấy cƣỡng ức ở nhiệt
độ cao. Bên cạnh đó KLTT, độ ền kéo dọc thớ, độ ền uốn tĩnh tăng.
Tr n Ngọc Thành (2006), nghiên cứu một số yếu tố cơng nghệ iến tính
gỗ Trám tr ng àm ván sàn ằng phƣơng pháp nén ép. Kết quả chỉ ra rằng sau
quá trình nén ép ở nhiệt độ 140 – 150 – 1600C àm KLTT gỗ tăng từ 0,42 ên
0,79 g/cm3. Độ ền uốn tĩnh, độ ền ép dọc và độ ền ép ngang tăng ên.
Nguyễn Tất Th ng (2004), nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ và thời
gian tẩm U – F (Ure – Formaldehyde) đến chất ƣợng gỗ iến tính. Thời gian
xử ý từ 1 – 5 ngày, nồng độ U – F từ 10 – 30%. Kết quả àm cho khả năng co
rút của gỗ giảm. Còn tỷ ệ dãn nở theo chiều tiếp tuyến, khối ƣợng thể tích,
ứng suốt ép dọc thớ và ứng suất uốn tĩnh có xu hƣớng tăng ên khi nồng độ
nằm trong khoảng 10 – 25%. Nhƣng khi nồng độ tăng từ 25 – 30% thì các
tính chất trên giảm xuống.
Nguyễn Đức Thịnh (2006), nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ và thời
gian ngâm tẩm nhựa novo ak đến một số chỉ tiêu chất ƣợng gỗ iến tính. Kết
6


quả của nghiên cứu cho thấy: khả năng uốn tĩnh, khả năng nén dọc của gỗ Bồ
đề sau khi xử ý có hƣớng tăng c n khả năng co rút và khả năng dẫn nở giảm
khi tăng nồng độ và kéo dài thời gian xử ý.
Vũ Văn Toản (2005), nghiên cứu khả năng biến tính tăng cƣờng độ cứng
cho gỗ Cao su àm nguyên iệu sản xuất ván sàn. Sau khi tiến hành xử ý gỗ
Cao su ằng dung dịch nhựa styrene thì màu s c gỗ khơng ị thay đổi, hạn
chế đƣợc co rút dãn nở, àm tăng cƣờng tính chất cơ ý của gỗ.
Nguyễn Đình Tuyến (2005), nghiên cứu khả năng iến tính tăng cƣờng
độ cứng cho gỗ thông Mã vĩ àm nguyên iệu sản xuất ván sàn. Sau khi tiến
hành xử ý gỗ thông Mã vĩ ằng dung dịch nhựa styrene kh c phục đƣợc tính

co rút dãn nở của gỗ, các tính chất cơ ý đƣợc cải thiện…
Biến tính gỗ trên thế giới và trong nƣớc đã đƣợc nghiên cứu nhiều. Song
iến tính thủy – nhiệt cho gỗ Keo á tràm chƣa đƣợc nghiên cứu. Do vậy,
ƣớc đ u tôi tiến hành nghiên cứu sự thay đổi một số tính chất vật ý, cơ học
và tính chất công nghệ của gỗ Keo á tràm ằng phƣơng pháp iến tính thủy –
nhiệt.

7


Phần 2. MỤC TIÊU, PHẠM VI, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu
Xác định đƣợc ảnh hƣởng của thời gian xử ý thuỷ - nhiệt đến khối
ƣợng thể tích, khả năng ổn định kích thƣớc, khả năng hút nƣớc, độ ền nén
dọc thớ, độ ền uốn tĩnh và khả năng dán dính keo của gỗ Keo á tràm.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Các yếu tố cố định:
Loại gỗ: Gỗ Keo lá tràm có độ tuổi từ 7 – 8 năm đƣợc khai thác ở huyện
Lƣơng Sơn, tỉnh H a Bình.
Nhiệt độ xử lý: 1000C
Chất kết dính: Keo Synteko 1971/1999
Lượng keo tráng: 200 g/m2 ề mặt
Chế độ ép mẫu kiểm tra độ bền dán dính: Ép nguội, áp suất ép 1,5 MPa,
thời gian duy trì áp suất ép 60 phút.
Yếu tố thay đổi:
Thời gian xử ý thay đổi theo các chế độ: 3 giờ, 6 giờ, 9 giờ và 12 giờ.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phƣơng pháp lý thuyết
Kế thừa cơng trình nghiên cứu iên quan đến iến tính thủy - nhiệt,
nghiên cứu về Keo á tràm và tài iệu keo Synteko 1971/1999.

2.3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
Tiến hành àm thí nghiệm để xác định đƣợc sự ảnh hƣởng của thời gian
xử ý thủy nhiệt đến một số tính chất vật ý, cơ học và công nghệ của gỗ Keo
lá tràm.
2.3.2.1. Kiểm tra khối lượng thể tích
Tiêu chuẩn kiểm tra: Mẫu đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 8408 –
2: 2009;
Kích thước mẫu: Mẫu thử có kích thƣớc 20 × 20 × 30 (mm);
8


Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ;
Dụng cụ kiểm tra: Thƣớc kẹp có độ chính xác 0,01 mm và cân điện tử có
độ chính xác 0,01 g;
Quy trình kiểm tra: Trong đề tài này tôi tiến hành xác định khối ƣợng
thể tích gỗ khơ kiệt. Sau khi mẫu đƣợc xử ý xong tiến hành cân khối ƣợng

m0 và thể tích V0 của các mẫu gỗ khô kiệt.
Công thức xác định:

0 

m0
V0

(2.1)

Trong đó:  0 - Khối ƣợng thể tích gỗ khơ kiệt (g/cm3)
m0 - Khối ƣợng gỗ khô kiệt (g)
3

V0 - Thể tích gỗ khơ (cm )

2.3.2.2. Kiểm tra hệ số ASE và hệ số WRE
Tiêu chuẩn kiểm tra: Mẫu đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D444608;
Kích thước mẫu: Mẫu thử có kích thƣớc 20 × 20 × 30 (mm);
Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ;
Dụng cụ kiểm tra: Thƣớc kẹp có độ chính xác 0,01 mm và cân điện tử có
độ chính xác 0,01;
Quy trình kiểm tra: Tiến hành cân khối ƣợng và đo kích thƣớc mẫu sau
mỗi n ngâm sấy.
Sau khi ngâm mẫu ta cân đƣợc khối ƣợng m(g), đo đƣợc thể tích V(cm3)
của gỗ ƣớt.
Sau khi sấy mẫu khô kiệt ta xác định đƣợc khối ƣợng m0 và thể tích V0
của các mẫu gỗ khơ kiệt.
Cơng thức xác định:
Cơng thức xác định hệ số ASE:
Trong đó:

ASE 

a c  at
100%
ac

(2.2)

ac: Tỷ ệ trƣơng nở thể tích của gỗ khi chƣa xử ý (%)
at : Tỷ ệ trƣơng nở thể tích của gỗ qua xử ý (%)

Tỷ ệ trƣơng nở (a) đƣợc tính theo cơng thức:
a=

V  V0
× 100%
V0

9

(2.3)


V - Thể tích gỗ ƣớt sau khi ngâm (cm3)

Trong đó:

V0 - Thể tích gỗ khơ kiệt sau khi sấy (cm3)
Cơng thức xác định hệ số WRE:
WRE =
Trong đó:

Tc  Tt
× 100%
Tc

(2.4)

Tc: Tỷ ệ hút nƣớc của gỗ khi chƣa xử ý (%)
Tt : Tỷ ệ hút nƣớc thể tích của gỗ qua xử ý (%)

Tỷ ệ hút nƣớc đƣợc tính theo cơng thức:
T=
Trong đó:

m  m0
× 100%
m0

(2.5)

m – Khối ƣợng gỗ ƣớt sau khi ngâm (g)
m0 – Khối ƣợng gỗ khô kiệt sau khi sấy (g)

Đối với các mẫu kiểm tra: KLTT, hệ số ASE và hệ số WRE tiến hành
chu kỳ ngâm – sấy nhƣ sau:
T0C
100
25
0

τ1

τ2

0,5

τ3

τ4

τ(giờ)

Hình 2.1. Đồ thị thể hiện quy trình ngâm – sấy mẫu

Trong đề tài này tôi tiến hành chu kỳ ngâm sấy 7

n cho mẫu đối chứng

và các mẫu đã xử ý.
Bảng 2.1. Thời gian và nhiệt độ của chu kỳ ngâm – sấy

Số
n
L
L
L
L

n1
n2
n3
n4

Giai đoạn 1
Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
Giai đoạn 4
(ngâm gỗ)
(để ráo nƣớc)
(sấy gỗ)

(cân ằng ẩm)
0
0
0
τ1(giờ) T1( C) τ2(giờ) T2( C) τ3(giờ) T3( C) τ4(giờ) T4(0C)
24
25
0,25
25
16
102
0,5
25
24
25
0,25
25
16
102
0,5
25
24
25
0,25
25
16
102
0,5
25
24

25
0,25
25
16
102
0,5
25
10


L n5
24
25
0,25
25
L n6
24
25
0,25
25
L n7
24
25
0,25
25
2.3.2.3. Kiểm tra độ bền nén dọc thớ

16
16
16

102
102
102

0,5
0,5
0,5

25
25
25

Tiêu chuẩn kiểm tra: Mẫu đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 8408 –
5: 2009;
Kích thước mẫu: Mẫu thử có kích thƣớc 20 × 20 × 30 (mm);
Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ;
Dụng cụ kiểm tra:
Thƣớc kẹp có độ chính xác 0,01 mm và máy thử Q-TEST
Quy trình kiểm tra: Sau khi mẫu đƣợc xử ý thủy nhiệt xong đƣa độ ẩm
mẫu về 10 – 12% rồi tiến hành xác định độ ền nén dọc thớ. Đƣa mẫu ên ộ
gá của máy thử Q-TEST, tăng ực với tốc độ chậm d n đều đến khi phá hủy
gỗ ta xác định ực phá hủy Pmax.
Cơng thức xác định:

 nd 

Pmax
(MPa)
wt

(2.6)

Trong đó: Pmax – Lực phá hủy (N);
w, t – Kích thƣớc tiết diện ngang của mẫu (mm).
2.3.2.4. Kiểm tra độ bền uốn tĩnh
Tiêu chuẩn kiểm tra: Mẫu đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 8408 –
3: 2009;
Kích thước mẫu: Mẫu thử có kích thƣớc 20 × 20 × 240 (mm);
Dung lượng mẫu: 10mẫu/chế độ;
Dụng cụ kiểm tra:
Thƣớc kẹp có độ chính xác 0,01 mm và máy thử tính chất cơ ý AMSLE.
Quy trình kiểm tra: Sau khi mẫu đƣợc xử ý thủy nhiệt xong đƣa độ ẩm
mẫu về 10 – 12% rồi tiến hành xác định độ ền uốn tĩnh. Đƣa mẫu ên ộ gá
của máy thử AMSLE, tăng ực với tốc độ chậm d n đều đến khi phá hủy gỗ ta
xác định ực phá hủy.
Công thức xác định:
11


Độ ền uốn tĩnh đƣợc xác định theo công thức:
 ut 

3  Pmax  l 0
(MPa)
2 wt 2

(2.7)

Trong đó: Pmax – Lực phá hủy (N)

l0 – Khoảng cách giữa 2 gối (mm)
Vì chiều dài của mẫu à 240 mm nên khoảng cách giữa 2 gối à

0

= 190 mm

w, t – Chiều rộng, chiều dày mẫu (mm).
2.3.2.5. Kiểm tra độ bền kéo trượt màng keo
Tiêu chuẩn kiểm tra: Mẫu đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn EN 204 hoặc
EN 12765
Kích thước mẫu: Sau khi có đƣợc mẫu qua các cơng đoạn gia cơng tạo
rãnh đƣợc kích thƣớc mẫu à:
l = 150 ± 5 (mm)

w = 20 ± 0,2(mm)
t = 5 ± 0,1 (mm)
Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ;
Dụng cụ kiểm tra:
Thƣớc kẹp có độ chính xác 0,01 mm và máy thử tính chất cơ ý AMSLE.
Quy trình kiểm tra: Đo tiết diện của khu vực kéo trƣợt màng keo. Trên
máy thử tính chất cơ ý AMSLE mẫu đƣợc

p vào ộ gá theo phƣơng thẳng

đứng so với trục máy, đồng thời mẫu nằm trong mép ộ gá từ 15 – 20 cm.
Tốc độ tăng tải chậm, đều và duy trì thời gian tăng tải cho đến khi mẫu ị phá
huỷ. Đọc trị số tải trọng ực phá huỷ trên đồng hồ đo ực (đọc chính xác đến 2
kg).
Cơng thức xác định:

Độ ền kéo trƣợt màng keo đƣợc tính theo cơng thức:
k =

P
(MPa)
lw

(2.8)
12


Trong đó :

P - Lực kéo khi màng keo ị phá huỷ (N);
w - Chiều rộng tiết diện kéo (mm);
l - Chiều dài tiết diện kéo (mm).

2.3.2.6. Kiểm tra độ bong tách màng keo
Tiêu chuẩn kiểm tra: Mẫu ong tách đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn Nhật
Bản JAS Type 234
Kích thước mẫu:
Sau khi có đƣợc mẫu qua các cơng đoạn ào, c t ng n ta có đƣợc mẫu
với kích thƣớc nhƣ sau:
l = 75 ± 0,2 (mm);
w = 75 ± 0,2 (mm);
t= 5 ± 0,1 (mm).
Dung lượng mẫu: 10 mẫu/chế độ;
Dụng cụ kiểm tra:
Thƣớc kẹp có độ chính xác 0,01 mm và kính lúp.
Quy trình kiểm tra: Mẫu đƣợc uộc trong nồi uộc tự động ở 700C trong

2 giờ, sau đó để ráo 15 phút ở điều kiện mơi trƣờng, cuối cùng đƣợc sấy ở
nhiệt độ 600C trong 3 giờ. Chiều dài vết nứt đƣợc xác định ằng kính úp đối
với các ong tách nh rồi đo ằng thƣớc kẹp điện tử có độ chính xác đến
0,01mm.
Cơng thức xác định:
Độ ong tách màng keo đƣợc tính theo cơng thức:
ĐBT =

l

Trong đó:

C

(2.9)

× 100%

l -

à tổng chiều dài vết nứt (mm)

C - à chu vi của mẫu (mm).
2.4. Ý nghĩa của đề tài
13


2.4.1. Ý nghĩa khoa học
Bƣớc đ u nghiên cứu và xác ập cơ sở khoa học của quá trình iến tính
gỗ ằng phƣơng pháp thủy - nhiệt, sự ảnh hƣởng của thời gian xử ý đến một

số tính chất của gỗ iến tính.
2.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả đề tài à cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm xác định
đƣợc chế độ xử ý thủy - nhiệt hợp ý để nâng cao một số tính chất của các
oại gỗ nói chung và đối với gỗ Keo á tràm.
2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu [1]
Xử ý số iệu ằng phƣơng pháp thống kê toán học, với các đặc trƣng
thống kê sau:
a. Trung bình mẫu
Đƣợc xác định theo cơng thức:
n

x
x

Trong đó:

=

i 1

i

(2.10)

n

xi - các giá trị ngẫu nhiên của mẫu thí nghiệm;

n - số mẫu quan sát;

x - trị số trung ình mẫu.

b. Sai tiêu chuẩn mẫu
Đƣợc xác định theo cơng thức:

 x
n

s = 

Trong đó:

i 1

i

x



2

(2.11)

n 1

x - sai quân phƣơng;
xi - giá trị của các phân tử;

x - trung ình cộng của các giá trị xi ;

14


n - số mẫu quan sát.

c. Hệ số iến động
Đƣợc xác định theo cơng thức:
S% =
Trong đó:

s
× 100
x

(2.12)

S% - hệ số iến động;
s - sai quân phƣơng;
x - trị số trung ình cộng.

d. Hệ số chính xác
Đƣợc xác định theo cơng thức:
P=
Trong đó:

s
1
×
x 100%

x
n

(2.13)

P- hệ số chính xác;
s - sai quân phƣơng;

x - trị số trung ình cộng;

n - số mẫu quan sát.

e. Sai số tuyệt đối của ƣớc ƣợng
Đƣợc xác định theo cơng thức:
C(95%) = ta/2 ×
Trong đó:

s

(2.14)

n

C(95%)- sai số tuyệt đối của ƣớc ƣợng;
ta/2 - mức tin cậy;
s - độ ệch tiêu chuẩn;
n- dung ƣợng mẫu.

15

Phần 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Cơ sở lý thuyết
3.1.1. Sơ lƣợc về cơ sở khoa học của biến tính gỗ [9]
Gỗ đƣợc cấu tạo từ các tế ào, khi tế ào gỗ trƣởng thành có dạng hình
ống. Do vậy tạo nên cấu trúc xốp trong gỗ, các ống mạch tạo thành hệ thống
mao dẫn có tính thẩm thấu nƣớc, ẩm từ mơi trƣờng vào gỗ khi đó xảy ra hiện
tƣợng trƣơng nở do tác động của nƣớc với các cấu tử trong gỗ đặc iệt à
thành ph n ce u ose àm cho khoảng cách giữa các phân tử tăng ên, tính chất
của gỗ thay đổi.
Các thành ph n chủ yếu của gỗ gồm: ce u ose, hemice u ose và ignin.
Tính chất, đặc điểm của các thành ph n này có iên quan trực tiếp đến tính
chất của gỗ. Chính những tính chất của những thành ph n cấu tạo trong gỗ à
căn cứ và cơ sở khoa học cho các giải pháp cơng nghệ để iến tính và nâng
cao chất ƣợng gỗ.
Cellulose: Ce u ose à một chất hữu cơ cao phân tử có cơng thức phân
tử à: (C6H10O5)n. Phân tử ce u ose à sự iên kết của các phân tử D – glucose,
mỗi chuỗi ce u ose có chứa từ 200 – 3000 phân tử monome iên kết với nhau
ở các vị trí 1 – 4 tạo nên sợi cơ ản.
Ở mỗi m t xích của phân tử ce u ose có 3 nhóm -OH, trong quá trình
tạo thành các dẫn xuất của ce u ose thì có khả năng tạo nên iên kết và phản
ứng của các nhóm chức – OH đóng vai tr quan trọng àm cơ sở cho các giải
pháp tác động àm thay đổi tính chất của gỗ.
16


Hình 3.1. Hợp chất cao phân tử Cellulose dƣới dạng 3D

Màu nâu-cacbon, màu đỏ-oxy, màu trắng-hydro

Hình 3.2. Ảnh của phân tử cellulose

17


Lignin: Sau ce u ose, ignin à thành ph n thứ 2 tạo nên vách tế ào gỗ,
vai tr của ignin đƣợc xem nhƣ chất iên kết, ao ọc giữa các tế ào, ignin
tập trung vào ph n không giữa các tế ào.
Lignin

Hình 3.3. Vị trí của lignin trong vách tế bào gỗ

Hình 3.4. Đơn vị cấu trúc cơ bản của lignin

Cấu tạo và tính chất vật lý của lignin: Thực chất ignin à một tập hợp
các chất hữu cơ, dƣới tác dụng của nhiệt độ cao ignin ị mềm hóa. Lignin có
thể ị trƣơng và h a tan đƣợc trong những dung mơi thích hợp.
Cấu tạo hóa học của lignin: Lignin à một cao phân tử gồm các đơn vị
pheny propan, các nhóm chức cơ ản của ignin gồm nhóm metoxy (OCH),
nhóm hydroxyl (-OH). Các đơn phân tử trong ignin iên kết với nhau ằng
những iên kết ete và iên kết C – C tạo ra cấu trúc mạng phức tạp. Liên kết
C – C rất ền vững đối với xử ý hóa học và à yếu tố cơ ản ngăn cản sự hình
thành các đơn phân tử ignin.
18


Hemicellulose: Hemice u ose à những po ysaccharide cấu tạo nên vách
tế ào, nhƣng so với ce u ose thì hemice u ose kém ổn định hóa học hơn, ở
gỗ á rộng ƣợng pentosan nhiều (19 – 23%), hexosan (3 – 6%), ở gỗ á kim tỉ
ệ pentosan và hexosan xấp xỉ nhau (10 -12%).

Hemicellulose
Hình 3.5. Sợi hemicellulo trong vách tế bào gỗ

Nói chung, hemice u ose dễ ị thủy phân dƣới tác dụng của acide, nhiệt
độ cao. Trong hemice u ose có một tỉ ệ khá ớn acide uronic, đó à các acide
của các oại đƣờng có cơng thức CHO(CHOH)COOH, khi thủy phân các
nhóm cac oxy của acide ị thủy phân thành CO2. Hemice u ose chứa các
nhóm acety và metoxy , các nhóm này cũng ị phân giải khi thủy phân. Nhƣ
vậy quá trình phân giải hemice u ose dẫn tới sự phân giải các hợp tử của
hemice u ose để tạo ra các sản phẩm trung gian của po ysacaride, các chất
này không tan trong nƣớc, khi đó àm cho khả năng hút nƣớc và dãn nở của
gỗ giảm đi.
Tính chất cơ học và hiện tƣợng dãn nở của gỗ phụ thuộc vào mức độ iên
kết, ản chất hóa học của các thành ph n có trong gỗ mà trƣớc tiên phải kể
đến vai tr của nhóm –OH, độ po ime của phân tử ce u ose, hemice u ose,
19


ignin và iên kết giữa các thành ph n đó. Để cải thiện tính chất hút nƣớc và
dãn nở của gỗ thì vấn đề tác động vào nhóm –OH có vai tr quyết định; để cải
thiện tính chất cơ học của gỗ thì vấn đề thay đổi độ po ime, tỉ ệ thành ph n
các chất, mật độ gỗ à hết sức quan trọng và có ý nghĩa quyết định.
3.1.2. Sự thay đổi của các tính chất gỗ khi có tác nhân xử lý [9]
Khi gỗ đƣợc xử ý ởi một tác nhân nào đó, nó sẽ có những tƣơng tác
với các cấu tử gỗ ở dạng này hay dạng khác àm cho cấu trúc iên kết, tính
chất gỗ có sự thay đổi. Sự tác động của các tác nhân chủ yếu vào các iên kết
c u hydro ngang giữa các cấu tử, đặc iệt và chủ yếu tác động đến iên kết
hydro giữa các phân tử ce lulose.
Khi có tác động của tác nhân xử ý vào các cấu tử gỗ giữa các cấu tử có

sự thay đổi nhƣ: sự thay thế một nhóm chức, khoảng cách giữa các cấu tử,
khối ƣợng phân tử… Sự iến đổi của các cấu tử trong gỗ sẽ àm cho tính chất
cơ ý, công nghệ của gỗ thay đổi theo, cụ thể à:
Sự iến đổi nhóm chức (chủ yếu nhóm hydroxy ) sẽ àm cho tính hút
nƣớc, tính hút ẩm thay đổi.
Sự thay đổi khoảng cách giữa các phân tử dẫn đến nội ực ( ực hấp dẫn
vandecvan) thay đổi àm cho cƣờng độ cứng vững, độ mềm dẻo của gỗ thay
đổi theo.
Sự hạ ậc cấu tử trong gỗ àm cƣờng độ gỗ yếu đi. Nếu có tác động hoặc
dùng tác nhân hóa học nào đó xử ý gỗ sao cho có thể iến đổi cấu trúc hoặc
thay thế nhóm –OH trong gỗ thành nhóm kỵ nƣớc thì gỗ sẽ ít hút nƣớc hơn, ít
trƣơng nở hơn.
3.1.3. Sơ lƣợc lý thuyết biến tính thủy nhiệt [14, 15]
20


Biến tính thủy nhiệt à q trình àm thay đổi một số chất có trong gỗ
dƣới tác dụng của nhiệt độ cao ở trong mơi trƣờng nƣớc, sau đó đƣợc gia
nhiệt ằng phƣơng pháp sấy. Khi gỗ ngập trong nƣớc rồi tiến hành gia nhiệt
đến nhiệt độ cao àm cho các chất chiết suất và một số các cấu tử tạo nên vách
tế ào ị phân hủy àm thay đổi một số tính chất an đ u của gỗ.
Các thành ph n chính cấu trúc nên gỗ nhƣ cellulose, hemicenluloses và
lignin dƣới tác dụng của nhiệt độ cao ị phá hủy. Quá trình tiêu hủy lignin và
cellulose là chậm hơn và c n nhiệt độ cao hơn so với hemicenluloses. Sự phá
hủy các chất chiết xuất dễ dàng hơn do ay hơi trong q trình làm nóng.
Những thay đổi cấu trúc ớn nhất đạt đƣợc ở nhiệt độ trên 2000C, các tính chất
vật ý và cơ học thay đổi ớn khi xử ý ở nhiệt độ trên 1500C.
Cấu trúc hóa học của gỗ ị thay đổi do sự xử ý nhiệt. Có thể cho rằng
các nhóm -OH của các po yme vách tế ào đƣợc tách ra hoặc iên kết ngang
trong quá trình xử ý thủy nhiệt. Quá trình xử ý nhiệt cho gỗ đã àm cho cấu

trúc và thành ph n hóa học của gỗ ị thay đổi àm ảnh hƣởng đến một số tính
chất vật ý, cơ học, sinh học và công nghệ của gỗ. Gỗ hấp thụ ẩm ít hơn và trở
nên khơng thấm nƣớc. Sự suy thoái của các polyme trên vách tế ào, đặc iệt
là hemicelluloses từ những chuỗi dài chuỗi thành những chuỗi ng n hơn, có
khả năng chịu nén dọc thớ gỗ là tốt hơn.
Sự thẩm thấu của các chất vào gỗ giảm có thể liên quan đến sự phân hủy
các polyme vách tế ào, sự phá hủy hệ thống mao dẫn và hình thành một số
chất mới trên ền mặt àm cho ề mặt gỗ trở nên trơ hơn so với gỗ khơng xử
lý. Do vậy oại

đƣợc tính ƣa nƣớc của gỗ và khối ƣợng cũng nhẹ hơn.

Các nhà nghiên cứu đã cho rằng sự tác động của nhiệt độ xử ý àm ảnh
hƣởng đến các tính chất của gỗ à nhiều hơn so với thời gian xử ý. Tức à,
21


nếu xử ý gỗ ở nhiệt độ cao àm thay đổi tính chất của gỗ mạnh hơn, rõ ràng
hơn so với chế độ xử ý à nhiệt độ thấp và thời gian kéo dài.
Nhƣ vậy, khi gỗ đƣợc xử ý thủy nhiệt àm khối ƣợng thể tích và sự hút
ẩm của gỗ giảm do sự phân hủy các chất chiết suất và sự phân hủy các
polyme vách tế ào mà chủ yếu à sự phân hủy hemice u oses. Độ ền cơ học
nói chung giảm, song độ ền nén dọc thớ tăng. Khả năng trang sức ề mặt và
dán dính keo có thể khó khăn hơn. Song nó cũng có những ƣu điểm nhật định
so với các phƣơng pháp iến tính khác.
Gỗ à vật iệu xốp - mao dẫn, dị hƣớng có khả năng hút và nhả ẩm từ mơi
trƣờng xung quanh dẫn tới sự thay đổi kích thƣớc, hình dạng và các tính chất
cơ ý của gỗ àm ảnh hƣởng đến thời gian sử dụng và độ ền của sản phẩm.
Với mục đích chính của q trình iến tính thủy nhiệt à àm tăng khả năng ổn
định kích thƣớc của gỗ. Để sử dụng gỗ và vật iệu gỗ một cách hiệu quả, ở

các nƣớc phát triển trên thế giới nhƣ Mỹ, nga, Nhật, EU trong những năm qua
đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất các oại gỗ iến tính ằng
phƣơng pháp thủy – nhiệt.
Bản chất của iến tính thủy nhiệt à iến tính qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Gỗ đƣợc xử ý trong môi trƣờng nƣớc ở nhiệt độ cao làm
h a tan một số chất chiết suất, phá hủy hemice u ose, tiền thân phân hủy
lignin và cellulose.
Giai đoạn 2: Gỗ sau khi xử ý trong môi trƣờng nƣớc, để ráo rồi tiến
hành sấy. Khi đó các chất ị tan trong giai đoạn 1 đƣợc đa tụ ại hình thành
cấu trúc mới trong gỗ.
Do vậy, gỗ sau khi xử ý thủy – nhiệt đã thay đổi một số tính chất so với
gỗ an đ u.
22


3.2. Nguyên, vật liệu dùng trong thí nghiệm
3.2.1. Gỗ Keo lá tràm [8]
Nguyên iệu dùng trong đề tài à gỗ Keo á tràm đƣợc khai thác từ
huyện Lƣơng Sơn, tỉnh H a Bình.
Cấu tạo thơ đại: Gỗ Keo á tràm có giác, õi phân iệt. Trên mặt c t
ngang của thân cây ph n gỗ ở phía ngồi v có màu s c nhạt hơn gọi à gỗ
giác có màu vàng sáng. Ph n gỗ ở phía trong có màu s c nhạt hơn gọi à gỗ
lõi, có màu nâu thẫm. V ng năm phân iệt không rõ ràng, mỗi v ng rộng
khoảng 0,8 - 1,2 cm.
Cấu tạo hiển vi: Tia gỗ nh , số ƣợng trung ình, khoảng 3 - 7 tia/mm2.
Thớ gỗ tuơng đối mịn. Mạch gỗ à những tổ chức của nhiều tế ào mô mềm
xếp dọc thân cây nối tiếp nhau thành ống dài, có thể quan sát ằng m t
thƣờng vì đƣờng kính của mạch gỗ Keo á tràm tƣơng đối ớn, số ỗ mạch trên
1mm2 khoảng 5 - 8 ỗ. Khơng có cấu tạo ớp, mạch phân tán, tụ hợp đơn kép,
thể ít ít hoặc khơng rõ.

Bảng 3.1. Một số tính chất vật lý của gỗ Keo lá tràm

Thơng số

TT

Đơn vị

1

Khối ƣợng thể tích cơ ản

2

Độ co rút: - xuyên tâm
- tiếp tuyến
- thể tích

3

Hệ số co rút

4

Độ hút ẩm

5

pH

3

Trị số

g/cm

0,47

%
%
%

1,53
3,81
4,72
0,41

%

23,60
6,5

Bảng 3.2. Một số tính chất cơ học của gỗ Keo lá tràm

TT
1

Thơng số
Độ ền ép dọc thớ
23

Đơn vị

Trị số

MPa

46,20