Xử lý chậm cháy cho gỗ bạch đàn trắng eucalyptus camaldulensis dehnh bằng hỗn hợp boric borat b b

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CHẾ BIẾN LÂM SẢN
---------------  -----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
XỬ LÝ CHẬM CHÁY CHO GỖ BẠCH ĐÀN TRẮNG
(Eucalyptus Camaldulensis Dehnh.)
BẰNG HỖN HỢP BORIC – BORAT (B – B)

Ngành: Chế biến Lâm sản
Mã số: 101

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Quý Nam
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Hiên

Khóa học:

2004 – 2008

Hà Tây, 2008

1


LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hồn thành khố luận tốt nghiệp, tơi xin chân thành cảm ơn sự
giúp đỡ tận tình của thầy giáo, cô giáo trong khoa Chế biến Lâm sản trường
Đại học Lâm nghiệp.

Cảm ơn các thầy cô, cán bộ của Trung tâm thơng tin thư viện, phịng thí
nghiệm khoa Chế biến Lâm sản, cùng toàn thể các bạn sinh viên đã tạo điều
kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi hồn thành đề tài này.
Đặc biệt tơi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn
ThS. Nguyễn Quý Nam người đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực
hiện đề tài.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Tây, ngày 12 tháng 05 năm 2008.
Sinh viên thức hiện

Nguyễn Thị Hiên

2


ĐẶT VẤN ĐỀ
Gỗ là một vật liệu quan trọng trong đời sống dân sinh cũng như trong
kiến thiết của nhà nước. Gỗ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quốc
phịng, tàu thuyền, giao thơng, dệt, xây dựng nhà kiến trúc, cầu, đường sắt, hầm
mỏ, bến cảng, âm nhạc, đồ mộc…đặc biệt là gỗ tự nhiên có màu sắc vân thớ
đẹp. Nhưng một nhược điểm lớn của gỗ là tính dễ cháy, nhất là gỗ có độ ẩm
thấp (độ ẩm sử dụng). Đó ln là mối đe dọa thường xuyên đối với đời sống
con người và ảnh hưởng đến vật chất của người sử dụng.
Xuất phát từ nhược điểm đó đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn
đề phòng cháy, chữa cháy cho gỗ mà thế giới quan tâm. Trong cơng tác phịng
cháy chữa cháy thì phịng cháy bao giờ cũng phải là chủ yếu, vì đó là biện pháp
tích cực, cơ bản và hiệu quả nhất. Mặt khác, khả năng chống cháy là một chỉ
tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng gỗ cũng như các sản phẩm từ gỗ, khơng
những thế cịn nâng cao sức cạnh tranh của các sản phẩm này trên thị trường.
Mỗi một phương pháp khác nhau lại đem lại hiệu quả khác nhau. Trong đề tài

này chúng tôi chọn hai phương pháp ngâm thường và phương pháp quét.
Bạch đàn trắng (Eucalyptus camaldulensis Dehnh.), được xem là một
lồi cây có nhiều tiềm năng do cây Bạch đàn trắng dễ trồng, chi phí trồng rừng
thấp, sinh trưởng nhanh, chúng được sử dụng phổ biến trong cơng trình xây
dựng, giao thơng, đồ mộc, bột giấy…thích hợp cho sản xuất nhiều loại hình sản
phẩm gỗ tự nhiên.
Đi từ nhu cầu thực tiễn và nhu cầu của cuộc sống đồng thời được sự nhất
chí của khoa Chế biến Lâm sản, trường Đại học Lâm nghiệp, tôi tiến hành thực
hiện đề tài: “Xử lý chậm cháy cho gỗ Bạch đàn trắng (Eucalyptus
camaldulensis Dehnh.) bằng hỗn hợp Boric - Borat (B – B)”.

3


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Hiện trạng và xu thế phát triển của sản phẩm gỗ chậm cháy
1.1.1. Trên thế giới
Theo báo cáo tại Mỹ có 21% vụ hỏa hoạn là do dẫn đến từ nguồn
xenlulo, giấy, gỗ, đại bộ phận hoả hoạn nhà ở, trong đó 70% là kết cấu gỗ.
Theo báo cáo của sở Phịng Hỏa Đơng Kinh, Nhật Bản thì trong các vụ cháy
cửa hàng ăn năm 1982 với số lượng người chết và bị thương có quan hệ trực
tiếp đến sự cháy nổ của người và động vật [10].
Trên thế giới đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu vật liệu cháy và vấn
đề chậm cháy cho gỗ. Tuy nhiên, các cơng trình nghiên cứu đó mặc dù đã đề
cập đến vấn đề cháy nổ cho gỗ, nhưng có nhiều lý do khác nhau mà các cơng
trình mới chỉ dừng lại ở mức độ thơng tin, cịn các thông số cụ thể hoặc một
đơn vị cụ thể để chậm cháy cho gỗ phù hợp với điều kiện môi trường tương tự
như chúng ta thì các tài liệu chưa giải quyết được.
Lịch sử phát triển về chống cháy cho gỗ, sản phẩm gỗ nói chung có thể

bắt đầu từ năm 1907. Lúc đó, người ta cho MgO, MgCl2, MgBr2 vào trong các
loại ván. Do có thành phần Halozen thể hiện tính chống cháy rõ rệt và ngay lập
tức được các nhà sản xuất chấp nhận.
Năm 1940, các cơng trình nghiên cứu hãng “Bankroft” đã công bố một
số chất chống cháy vô cơ, như chất chống cháy muối Bazơ. Các sáng chế của
Z.A.Rogovin cùng các cộng tác viên đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ, như:
Cloparaphin.
Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ, như: chất
chống cháy nhóm Bo, hợp chất kim loại.
Đến năm 1960, S.M.Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ như:
chất chống cháy hệ P – N, nhóm halozen.
Ở thế kỷ 19, Kian đã tẩm gỗ với dung dịch 1% HgCl2 trong thùng xây
bằng gạch. Bunet (1838) tẩm gỗ trong dung dịch 2% ZnCl 2 trong thùng tẩm
4


bằng gỗ. Bryan (1830) đã miêu tả sự thấm thuốc creosote của một số loại gỗ
khác nhau với thời gian ngâm khác nhau.
Bryan là người đầu tiên được cấp bằng sáng chế phương pháp tẩm chân
không áp lực (1831). Phương pháp này còn gọi là phương pháp tế bào đầy, nó
mang lại hiệu quả cao trong việc ngâm tẩm gỗ với thời gian ngắn. Chín năm
sau, Bunet cũng dùng phương pháp này khi ngâm tẩm gỗ bằng dung dịch
ZnCl2.
Phương pháp ngâm thường, phun, quÐt là phương pháp mang tính truyền
thống được sử dụng đầu tiên, nó rất đơn giản, ít tốn kém, rễ thao tác mà hiện
nay vẫn đang được sử dụng phổ biÕn. Tuy nhiên, các vấn để nghiên cứu đó chỉ
dừng lại ở mức rất chung. Do vậy, việc nghiên cứu tiếp theo là rất có ý nghĩa.
1.1.2. Tại Việt Nam
Từ 3000 năm trước vào chiều nhà Thanh còn ghi lại từng đám cháy,
người ta đều xem gỗ là căn nguyên gây ra hoả hoạn. Năm 1911, thành phố Cát

Lâm, nguyên nhân do nấu cơm dẫn đến hoả hoạn, thành phố phồn hoa bỗng
chốc trở thành tro bụi, đây là một trong những đám cháy lớn nhất vào cuối đời
nhà Thanh. Theo thống kê chưa đầy đủ, năm 1986 tồn quốc có 1188 vụ cháy
lớn, thiêu huỷ 16198 gian nhà kết cấu gạch gỗ, thiệt hại đến 43,96 triệu nhân
dân tệ[10].
Viện khoa học vật liệu và Trường Đại học Phịng cháy Chữa cháy đã có
một số cơng trình nghiên cứu về cháy và nổ chủ yếu các công trình nghiên cứu
này là về phịng, chống cháy cho các cơng trình làm vật liệu là gỗ.
Từ xa xưa, gỗ là nguyên vật liệu được người dân sử dụng làm nhà, đồ gia
dụng, chụ cột…Hiện nay, mốt làm nhà gỗ đang thịnh hành và phát triển như ở
Hồ Bình, Nghệ An, Hà Tĩnh. Các sản phẩm làm từ gỗ không ngừng được cải
tiến cả về số lượng và chất lượng. Thị xã Hà Tĩnh hiện có gần 50 nhà gỗ được
dựng trong những năm gần đây. Nhà nào cũng to lớn sử dụng các loại gỗ quý
như Lim, Đinh Hương…Khu nhà gỗ Quận Hoàn Kiếm, Quận Long Biên, Hà
Nội được xây dựng từ những năm 50 của thế kỉ trước(1954).
5


Một số vụ hoả hoạn xảy ra tại Việt Nam trong những năm gần đây:
Ngày 27/12/2005 ngọn lửa bùng lên tại khu nhà gỗ Hàm Tử Quan,
Phường Chương Dương, Hà Nội nhanh chóng lan rộng. Trong khoảng hai tiếng
hơn 40 hộ dân bị thiêu rụi bất chấp trời mưa và sự lỗ lực của lực lượng chữa
cháy. Làm 40 căn nhà và nhiều đồ đạc bị thiêu cháy. Rất may không thiệt hại
về người.
Đêm 15/1, 23 căn nhà và tài sản của người dân tại khu dân cư Cù Lao
Hạ, phường Vĩnh Thọ, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà đã bị thiêu rụi.
Ngày 21/8/2007 khu tập thể nhà gỗ ngõ 117 phố Vọng Hà (phường
Chương Dương, quận Hoàn Kiếm) đã bị thiêu rụi, làm cháy rụi 22 căn hộ. Đây
là khu nhà gỗ được xây dựng từ những năm 50 của thế kỉ trước.
Tại thành phố Hồ Chí Minh (26/01/2008) một đám cháy lớn bất ngờ

bùng lên tại đường Dương Bá Trác, phường 1, quận 8 rồi nhanh chóng lan đi
thiêu rụi 17 căn nhà trong đó 10 căn nhà bị phá huỷ hồn tồn. Khơng ai bị
thương vong.
Trên đây chỉ là một số dẫn chứng cho những vụ hoả hoạn cháy nhà gỗ,
nguyên nhân khách quan là do chập điện, thời tiết hanh khơ, tính chủ quan của
con người…Vấn đề là phải tìm ra giải pháp ngăn chặn, giảm thiểu sự cháy lổ
cũng như tính bắt lửa của gỗ.
Trong những năm đầu của thập kỉ 90, Hồ Xuân Các đã đưa ra các loại
thuốc bảo quản gỗ lấy tên là Caxe – 01 để xử lý gỗ cao su, sau đó Caxe – 01
được cải tiến thành Caxe – 02, Caxe – 03 có tác dụng chống mối mọt cho gỗ.
Ở trường Đại học Lâm nghiệp cũng đã có một số cơng trình nghiên cứu
về phịng chống cháy cho gỗ của PGS.TS.Hoàng Thúc Đệ, TS.Nguyễn Cảnh
Mão trong quá trình sấy gỗ và hóa lâm sản. Điều đáng chú ý nhất, trong những
năm gần đây (1995-2003) đã có một số cơng trình nghiên cứu tạo ván dăm
chậm cháy như đề tài TS.Trần Văn Chứ và một số đề tài có liên quan đến chất
chống cháy và ảnh hưởng của một số chất chống cháy đến khả năng trang sức,
độ bền, khả năng chống cháy của ván dăm, ván sợi, ván LVL, như :
6


- Trần Quang Khải (2001), Đánh giá sự ảnh hưởng của các tỷ lệ chất
chống cháy đến chỉ tiêu chất lượng trang sức và tính chất vật lý cơ học của ván
dăm khi sơn P-U lên bề mặt ván dăm chậm cháy từ H3BO3 và Na2B4O7.10H2O.
- Nguyễn Minh Ngọc (2003), Đánh giá sự ảnh hưởng của một số đơn pha
chế chống cháy đến chất lượng trang sức dán phủ ván lạng gỗ lên ván dăm.
- Nguyễn Thị Hương Giang (2004), Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ,
thời gian tẩm hóa chất B-B đến độ bền và khả năng chống cháy của ván LVL.
Mặt khác, các đề tài chỉ dừng lại ở mức chung nhất. Do vậy, việc nghiên
cứu cụ thể là rất cần thiết và có ý nghĩa quan trọng, thực tế.
1.1.3. Xu thế phát triển chung

Trên phương diện tình hình trong nước và ngồi nước, để bắt kịp với lối
sống hiện đại và đáp ứng nhu cầu cần thiết của con người, của xã hội thì địi hỏi
cơng nghệ khoa học, thông tin kinh tế thị trường… ngày càng phải đổi mới, tân
tiến hiện đại
Hiện nay, các cơng trình nghiên cứu về chậm cháy cho gỗ đang là vấn
đề rất quan tâm của con người và xã hội để có thể đảm bảo cuộc sống của con
người tránh được tác nhân gây thiệt hại cả về người và của.
Làm sao cho gỗ dễ cháy trở thành khó bắt lửa hoặc là khi rời khỏi nguồn
lửa tự nó có thể tắt đi, như vậy là làm tăng thêm khả năng chậm cháy của bản
thân nó hoặc ngăn cản khả năng bắt lửa của nó, đây là vấn đề được nhân loại
quan tâm từ rất sớm.
Nhu cầu phòng tránh rủi ro vả giảm số người chết do hoả hoạn tạo ra
triển vọng về thị trường các sản phẩm gỗ chậm cháy. Các sản phẩm gỗ chậm
cháy là một phương cách giúp giảm rủi ro hoả hoạn.
1.2. Sơ lƣợc về Bạch đàn
1.2.1. Nguồn gốc và sự phân bố
Bạch đàn (Eucalyptus) là một lồi có số lượng khá lớn (ước khoảng trên
500 lồi) và hầu hết số loài trong chi là đặc hữu của Australia. Chỉ có 2 lồi
phân bố tự nhiên trong khu vực Malesia (New Guinea, Moluccas, Sulawessi,
7


quần đảo Lesser Sunda và Philippines). Một vài lồi có biên độ sinh thái rộng
phân bố trong khu vực từ miền Bắc kéo dài từ miền Bắc Autralia đến miền
Đông Malesia.
Hiện nay, có nhiều lồi được trồng tại các khu vực ngoài vùng phân bố
tự nhiên của chúng. Nhiều dải rừng Bạch đàn đã hình thành ở nước ta, các nước
nhiệt đới, các nước cận nhiệt đới Châu Phi, khu vực Địa Trung Hải và miền
Nam Châu Âu đến các khu vực Nam và Trung Mĩ. Ở Việt Nam một số lồi đã
được nhập tương đối rộng rãi.

1.2.2. Cơng dụng của gỗ Bạch đàn
Gỗ Bạch đàn đã được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Gỗ Bạch
đàn thích hợp trong xây dựng nhà cửa, gỗ được dùng làm khung cửa, ván sàn.
Bạch đàn có thể làm bàn ghế, đồ gỗ nội thất nội thất thơng thường, gỗ Bạch đàn
có giá trị cao trong sử dụng: Hiện nay, mỗi tháng Nhà máy Chế biến của Nông
Trường Sông Hậu (NTSH) xuất khẩu hơn 15 container các sản phẩm gỗ Bạch
đàn sang nhiều nước ở Đông Nam Á, Châu Âu và Châu Mỹ. Từ một phân
xưởng chế biến gỗ Bạch đàn, các sản phẩm chủ yếu là bàn ghế, đồ gỗ trang trí
nội thất thơng thường, đến nay sản phẩm của NTSH rất đa dạng về chủng loại,
mẫu mã, với khoảng 5000 sản phẩm sản xuất từ 10 chủng loại gỗ Bạch đàn
khác nhau. Nông trường từng tham gia hội chợ về hàng Outdoor tại Frankfurk
(Đức) cùng với các hội trợ hàng tiêu dùng Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội,
qua đó sản phẩm gỗ Bạch đàn được đánh giá cao về chất lượng cũng như giá trị
sử dụng[-26/4/2006 - trang tin tức, internet]
Gỗ Bạch đàn có độ bền tự nhiên khá cao và khả năng chống lại sự phá
hoại của côn trùng cao nên gỗ thường được dùng ở những nơi tiếp xúc với đất,
tà vẹt, cột và cọc. Các cơng dụng khác là trong đóng thuyền, toa xe, hịm hộp
và kệ, điêu khắc, tiện, dụng cụ thể thao và nơng cụ. Gỗ Bạch đàn thích hợp cho
sản xuất ván mỏng và ván dán, ván dăm, ván sợi cứng và ván sợi - bông. Một
trong những công dụng của gỗ Bạch đàn là sản xuất bột giấy. Gỗ Bạch đàn

8


cũng là nguồn cung cấp củi rất quan trọng, củi Bạch đàn cháy rất nhanh do gỗ
có hàm lượng tinh dầu cao, nhiều loài cho than gỗ chất lượng cao[6].
Lá và cành của nhiều loài Bạch đàn chứa tinh dầu là sản phẩm quan
trọng trong y dược (ví dụ như thuốc ho và thuốc xoa bóp), nước hoa xà phịng
và bột giặt. Dầu Bạch đàn còn được làm thuốc khử trùng và thuốc trừ sâu. Vỏ
của một số loài cho tanin, hoa của nhiều lồi có phấn và mật tốt cho làm mật

ong. Một vài loài được trồng làm cảnh[6].
1.2.3. Gỗ Bạch đàn trắng
Bạch đàn trắng (Eucalytus camaldulensis) cịn có tên là Eucalytus
rostrata. Ở một vài địa phương nước ta còn gọi là Bạch Đàn camal, Bạch đàn
Úc, khuynh diệp đỏ. Loại này được phân bố ở vùng phía bắc Australia đến
miền đông Malesian. Ở nước ta loại này phân bố ở khắp các tỉnh, đặc biệt là
Phú Thọ.
Bạch đàn trắng là loại cây gỗ lớn, thân thẳng, tán thưa phân cành cao, vỏ
nhẵn màu tro sau bong ra từng mảng, lớp vỏ mới lộ ra có màu xám hồng ánh
bạc, cành non màu tím hồng mảnh và hơi rủ, lá đơn mộc cách hình ngọn giáo
dài, đầu nhọn dần, đi nêm rộng. Hoa tụ hình tán ở nách lá, nụ hình cầu hoặc
hình trứng trịn, quả hình bán cầu, hạt nhỏ nhẵn màu nâu vàng [1].
Bạch đàn trắng là cây gỗ sinh trưởng nhanh ở nơi thích hợp như Yên
Kiện, Phú Thọ, cây 5 tuổi cao trung bình 15,6m, đường kính ngang 10,3 cm.
Bạch Đàn Trắng ưa ánh sáng, sống trong điều kiện nhiệt độ từ ấm đến
nóng, ẩm độ từ hơi ẩm đến hơi khô, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất từ
(27-40)oC, tháng lạnh nhất từ (3-15)oC, chịu được sương giá; lượng mưa bình
quân năm 250-600 mm. Tuy nhiên, Bạch đàn trắng là cây dễ tính có biên độ
sinh thái rộng với điều kiện đất và khí hậu. Nó thường kéo dài đến nửa tháng.
Cây sống tốt trên đất bồi tụ thích ứng với đất từ chua đến hơi kiềm.
a. Đặc điểm cấu tạo [6]

9


- Cấu tạo thơ đại: Vỏ có màu trắng xám, dầy từ 1 – 2 cm. Giác lõi phân biệt,
gỗ lõi có màu đỏ hồng, gỗ giác màu xám trắng hoặc xám hồng dày khoảng 2030mm. Thớ gỗ xoắn, khá mịn, vịng năm khơng rõ ràng.
- Cấu tạo hiển vi: Gỗ sớm, gỗ muộn ít phân biệt. Lỗ mạch trung bình, xếp phân
tán, số lượng (4-)7-9(-11)/mm2 đại đa số là mạch đơn, lỗ mạch kép ngắn
khoảng từ (2-3 lỗ mạch), kích thước lỗ mạch biến động từ (90-)160-190(240)  m, lỗ mạch xếp lệch góc với chiều tia gỗ là phổ biến; lỗ xuyên mạch

đơn; lỗ thông ngang xếp so le; lỗ thông ngang giữa mạch và tia là đôi lỗ thơng
ngang nửa có vành, với miệng hình trịn hoặc oval, thể bít khá nhiều.Tế bào mơ
mềm ít, vây quanh mạch hoặc phân tán, mắt thường khó nhìn.Tia gỗ với số
lượng (7-)10-(14(-16)/mm2 , rộng 1 đến 3 hàng tế bào, cao (13-)16-21(-26)
hàng tế bào gồm cả tia cã cấu tạo đồng nhất hoặc không đồng nhất. Gỗ chứa
tinh dầu, không có cấu tạo lớp, khơng có ống dẫn nhựa
b. Tính chất vật lí [6,7]
- Độ ẩm gỗ:
+ Độ ẩm tương đối Wa = 35,36%
+ Độ ẩm tuyệt đối Wo = 54,39%
- Độ hút nước:
Khả năng hút nước của gỗ là do cấu tạo gỗ. Gỗ có nhiều tế bào cấu tạo
nên mỗi tế bào đều có phần vách và phần ruột tế bào. Thành phần chính cấu tạo
nên vách tế bào là Xenlulo, phân tử Xenlulo là phân tử lưỡng cực. Phân tử
nước cũng là phân một phân tử lưỡng cực song phân tử Xenlulo có phân tử
lượng lớn hơn nhiều so với phân tử nước do đó phân tử Xenlulo hút các phân tử
nước lên trên bề mặt của nó. Tốc độ hút nước lớn hay nhỏ có ảnh hưởng đến sự
cong vênh nứt nẻ trong quá trình sấy và khả năng thấm hút hố chất trong q
trình ngâm tẩm.
- Sức co dãn của gỗ:
Tỉ lệ co rút và hệ số co rút chiều dài:
+ Chiều dọc thớ Vt = 0,49%. Kl = 0,016
10


+ Chiều xuyên tâm Yx = 4,49%. Kx =0,154
+ Chiều tiếp tuyến Yt = 10,51%. Kt = 0,350
Tỉ lệ co rút và hệ số co rút chiều dài:
+Chiều dọc thớ Vl = 0,49%. Kl = 0,016
+Chiều xuyên tâm Yx = 4,62%. Kx = 0,154

+Chiều tiếp tuyến Yt = 10,51%. Kt = 0, 350
Tỉ lệ dãn nở và hệ số dãn nở chiều dài:
+Chiều dọc thớ Yl = 0,38%. K = 0,012
+Chiều xuyên tâm Yx = 4,16%. Kx = 0,138
+Chiều tiếp tuyến Yt = 10,27%. Kt = 0,342
Tỉ lệ co rút thể tích và hệ số co rút thể tich:
+Yv = 16,8%. Kv= 0,56
Tỉ lệ dãn nở thể tích và hệ số dãn nở thể tích:
+Yv = 15,87%. Kv = 0,52%
- Khèi l-ỵng thĨ tÝch :
Gỗ giác (g/cm3)

Gỗ lõi (g/cm3)

Khối lượng thể tích cơ bản

0.53

0.62

Khối lượng thể tích gỗ khơ kiệt

0.65

0.72

c. Tính chất cơ học[6]
Ở độ ẩm 12%, cường độ uốn tĩnh trong khoảng ( 50 -)67- 142 N/mm2,
môdun dàn hồi uỗn tĩnh 8000 – 18800 N/mm2, cường độ ép dọc thớ 39 – 76
N/mm2, trượt dọc thớ 7 - 17 N/mm2, lực tách xuyên tâm 59 – 89 N/mm, tách

tiếp tuyến 56 – 98 N/mm, độ cứng tĩnh mặt cắt ngang 5870 – 10410 N, độ cững
tĩnh mặt cắt bên 5030 – 10100 N.
d. Tính chất hóa học
Thành phần hóa học của gỗ: Gỗ do nhiều tế bào cấu tạo nên, nó là một thể hỗn
hợp phức tạp của các cao phân tử Polyxacarit. Ngoài các thành phần chủ yếu ấy
ra, trong gỗ cịn có dầu nhựa, chất chát,chất màu, tinh dầu, chất béo. Cấu tạo
11


nên gỗ chủ yếu là các chất hữu cơ (99% - 99,7%) [9]. Thành phần hoá học của
gỗ gồm 4 loại ngun tố chính là: cacbonic, hydro (H), ơxy (O), nitơ (N), các
loại gỗ khác nhau, ở các vị trí khác nhau trên cây gỗ có tỷ lệ thành phần các
hợp chất hữu cơ khác nhau. Nhưng tỷ lệ thành phần nguyên tố hóa học tạo nên
hợp chất hữu cơ trong cây là tương đương nhau. Hàm lượng trung bình cacbon
là 50%, hydro là 6,4%, ôxy là 42,6%, nitơ là 1% và một số nguyên tố vi lượng
khác.
Trong 4 thành phần chính của gỗ C, H, O, N, thành phần C là thành phần
chính tham gia q trình cháy [4].
Năm 2007,Đỗ thị xuân Lợi đã nghiên cứu “Xử lý chậm cháy cho gỗ
Bạch đàn trắng bằng hỗn hợp Boric – Borat”. Tuy nhiên, đề tài này sử dụng
phương pháp tẩm chân không áp lực, thiết bị phức tạp, tốn kém.
1.3. Phƣơng pháp xử lí chậm cháy cho gỗ
1.3.1. Phƣơng pháp xử lý bề mặt
Phương pháp xử lý bề mặt là dùng dung dịch chậm cháy hoặc các vật
liệu chậm cháy được bôi quét lên bề mặt gỗ, hoặc lấy các vật liệu chống cháy
liên kết dán dính lên bề mặt gỗ. Phương pháp xử lý bề mặt chủ yếu dùng để xử
lý thành phẩm của gỗ. Chất phủ chậm cháy là bản thân nó khơng cháy, dưới tác
dụng lâu dài của ngọn lửa không bị phá hoại dẫn nhiệt kém, đó là một số hố
chất phối hợp để chế tạo thành. Gỗ hoặc các sản phẩm từ gỗ sau khi được xoa
quét lên bề mặt một lớp chống cháy làm cho cách ly khỏi nguồn nhiệt phòng

ngừa sự tiếp xúc với ôxy và sự phân giải của gỗ thành chất khí nhằm giảm bớt
tính cháy của gỗ.
Phương pháp xử lý bề mặt đơn giản, kinh tế và cũng có thể xử lý một
mặt, đó là những ưu điểm của nó, nhưng cịn phải khống chế lượng hố chất
chống cháy nghiêm khắc. Có như vậy mới đạt được hiệu quả chống cháy đã
định. Mặt khác gỗ được xử lý bằng phương pháp này lớp mặt dễ bị mài mòn
ảnh hưởng đến hiệu quả chống cháy.
Kü thuËt quÐt:
12


- Dùng chổi để quét, miết mạnh lên mặt gỗ.
- Quét mạnh lên mặt gỗ sao cho toàn bộ diện tích bề mặt gỗ đều có chế
phẩm bảo quản.
- Qt 3 – 4 lần.
1.3.2. Phƣơng pháp tẩm hóa chất
Phương pháp ngâm tẩm hoá học là đem chất chống cháy bơm thấm vào
bên trong gỗ hoặc tác dụng phản ứng với thành phần gỗ. Phương pháp này chủ
yếu để xử lý gỗ xẻ, gỗ hộp và gỗ ván. Mà tác dụng chống cháy chủ yếu được
thể hiện ở việc làm chậm nâng cao nhiệt độ của gỗ khi bắt lửa giảm bớt tốc độ
lây lan của ngọn lửa. Phương pháp ngâm tẩm hoá học được phân thành:
phương pháp áp lực và thường áp.
Căn cứ vào những quy định có liên quan trong “Sổ tay thiết kế kết cấu
gỗ” thông thường sau quá trình xử lý gỗ lượng chất chống cháy thấm vào từ 20
- 80 kg lượng hố chất khơ cho một m3 là đạt yêu cầu.
Dung dịch ngâm tẩm

Cấp ngâm tẩm

Lƣợng thấm

Cấp 1: Bảo đảm gỗ khơng có
khả năng cháy
Hỗn hợp sun phát amol

Cấp 2: Bảo đảm gỗ cháy chậm

với phốt phát amol

Cấp 3: Dưới tác dụng của
ngọn lửa ngoài trời có thể kéo

(kg/m3)
80
48
20

dài thời gian bén lửa
1.3.2.1. Phƣơng pháp ngâm thƣờng
Phương pháp ngâm thường áp lực được phân thành phương pháp ngâm
và phương pháp nóng lạnh.
a. Phương pháp ngâm
Phương pháp ngâm là dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ trong phịng
hoặc có gia nhiệt. Đem gỗ ngâm vào dung dịch chống cháy có nồng độ thấp
làm cho gỗ thấm hút chất chống cháy. Thời gian quyết định bởi lượng chất
chống cháy cần phải thấm vào và tính chất của gỗ để quyết định.
13


Phương pháp ngâm để chống cháy cho gỗ đơn giản, giá thành hạ, thích

hợp với ván mỏng hoặc các loại gỗ có tính thấm tốt, phương pháp ngâm tẩm
thường áp cũng có thể tiến hành làm đi làm lại nhiều lần hoặc phun quét để
thay thế.
b. Phương pháp ngâm tẩm nóng lạnh
Phương pháp ngâm tẩm nóng lạnh được phát minh năm 1967 do Seeleif
C.A người Mỹ. Do hiệu quả của nó tương đối tốt nên đến nay vẫn cịn được sử
dụng. Phương pháp này là phương pháp xử lý có hiệu quả nhất trong phương
pháp xử lý thường áp.
Nguyên lý của phương pháp này là đem gỗ đặt vào dung dịch chống
cháy được gia nhiệt ở điều kiện thường áp trong nhiều giờ tuỳ thuộc vào sự
tăng cao nhiệt độ bên trong gỗ mà lượng khơng khí bên trong gỗ giãn nở, từ đó
mà áp lực khí trong lịng gỗ cao hơn áp lực bên ngoài, lúc này mới đem gỗ xử
lý nhúng vào dung dịch chất chống cháy muộn, do sự lạnh đột ngột khơng khí
trong gỗ bị co lại, trong lịng gỗ xuất hiện chân khơng cục bộ, dựa vào sự chênh
lệch áp suất giữa bên trong gỗ và dung dịch chống cháy mà dung dịch chống
cháy bị thấm hút vào bên trong
1.3.2.2. Ngâm tẩm áp lực
Đem gỗ và dung dịch chống cháy cho vào thùng kín dưới áp suất nhất
định dung dịch chất chống cháy đã được thấm vào gỗ. Phương pháp ngâm tẩm
áp lực có rất nhiều, thường dùng là phương pháp tế bào đầy và phương pháp
chân khơng hai lần.
Phương pháp tế bào đầy (cịn gọi là phương pháp hút toàn phần)
Phương pháp này do Bephell I phát minh vào năm 1838 cho nên người ta
cịn lấy tên này đặt cho nó: Phương pháp Bephell. Phương pháp này là làm cho
dung dịch chống cháy chứa đầy vào tế bào để đạt được mục đích là lượng thuốc
tối đa.
Do mục tiêu tính chất của đề tài tôi chọn phương pháp quét và ngâm
thường làm phương pháp nghiên cứu.
14

1.4. Mục tiêu, nội dung và phạm vi nghiên cứu
a. Mục tiêu: Mục tiêu của việc nghiên cứu là nâng cao tính năng chống cháy
cho gỗ Bạch đàn trắng.
b. Nội dung
- Lựa chọn hóa chất và phương pháp đưa chất chậm cháy vào trong gỗ
Bạch đàn trắng;
- Đánh giá tính năng của gỗ tẩm chất chậm cháy thông qua các chỉ tiêu
về lượng thấm thuốc, tỉ lệ thổn thất khối lượng sau khi cháy;
- Đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý chất chậm cháy đến cường độ dán
dính của keo.
c. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: Gỗ Bạch đàn trắng (Eucalyptus Camaldulensis
Dehnh.) khai thác tại rừng thực nghiệm trường Đại học Lâm nghiệp, Chương
Mỹ - Hà Tây.
- Hố chất: Hỗn hợp Axít Boric (H3BO3) và Natri Tetra Borat
(Na2B2O4.10H2O) tỉ lệ 1:1
- Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sử dụng phương pháp kế thừa tài liệu,
nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp kế thừa: Đề tài kế thừa một số tài liệu về chống cháy cho
gỗ và sản phẩm từ gỗ của TS. Trần Văn Chứ và TS. Trần Tuấn Nghĩa, một số
tài liệu trong nước và nước ngồi. Ngồi ra, khố luận cịn kế thừa tài liệu
trong nước và nước ngoài, một số luận văn của sinh viên có liên quan đến lĩnh
vực nghiên cứu
Phương pháp thực nghiệm:
Phương pháp ngâm thường nồng độ thuốc là 5%, 10%, 15%.
Phương pháp quét nồng độ thuốc là 10%, 15%, 20%.

15

Chƣơng 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1. Sơ lƣợc về thành phần hoá học và cấu tạo gỗ
2.1.1. Thành phần nguyên tố hoá học trong gỗ
Gỗ do nhiều tế bào cấu tạo nên, nó là một thể hỗn hợp phức tạp của các
chất cao phân tử polyxacarrit, gồm có các nhóm cacbonin và nhân benzen tạo
thành. Ngoài các thành phần chủ yếu ra, trong gỗ cịn có dầu nhựa, chất chát,
chất mầu, tinh dầu, chất béo…
Các chất cấu tạo nên gỗ chủ yếu là chất hữu cơ (99 – 99,7%) thành phần
cấu tạo gỗ gồm 4 loại nguyên tố chính là cacbon (C) là 50%, Hydro là 6,4%,
Oxi ( O) là 42,6% và Nitơ (N) là 1%, ngồi ra cịn một số nguyên tố vi lượng
khác[9].
Ngoài các thành phần hữu cơ, trong gỗ cịn có các chất vơ cơ. Khi đốt
cháy gỗ, các chất vô cơ biến thành tro. Hàm lượng tro trong khoảng từ 0,3 –
1% so với lượng gỗ khô hoàn toàn. Tro là hợp chất của các nguyên tố K, Ca,
Na, Mg, Fe…Tùy theo loài gỗ và điều kiện lập địa, gỗ có hàm lượng chất vơ cơ
khác nhau[9].
2.1.2. Tính chất của các thành phần hố học của gỗ
Xenlulo ( C6H10O5)n , n = 5000 – 14000: Xenlulo là thành phần cơ bản
nhất của vách tế bào. Trong gỗ xenlulo chiếm 40% đến 50%.
Hemixenlulo: là những chất plisacarit. Cấu tạo nên vách tế bào,
Hemixenlulo gồm có pentozan (C6H8O4)n và hexozan (C6H10O5)n. Đây là
polime khơng định hình, tính ổn định hố kém. Mức độ polyme hố của
hemixenlulo trung bình là từ 100 đến 260.
Lignin: lignin là polyme khơng định hình dạng lưới, phân tử có cấu tạo
vịng thơm. Cơng thức là C12H32O5(OH)5(OCH3)5. Trong quá trình nhiệt phân
gỗ, sản phẩm dầu gỗ khơng tan là do lignin hình thành nên, cịn dầu gỗ tan là
do xenlulo và hemixenlulo hình thành nên. Trong gỗ lượng lignin khoảng từ 17
đến 30 %.

16


2.1.3. Các chất chiết suất của gỗ
Những chất này không có trong thành phần của vách tế bào, gồm có axit
nhựa, axit béo, muối vô cơ, tinh dầu, tinh bột và các loại nhựa khác…
Trong gỗ giữa các vách tế bào và các lỗ rỗng ở vách tế bào tạo thành
khoang mao dẫn của lớp thứ nhất, chứa đầy không khí, nước, các chất chiết
suất. Khoảng khơng gian giữa chúng và phía giữa các mạch xenlulo tạo thành
khoảng mao dẫn của lớp thứ hai. Đường kính mao dẫn 5-6)  m. Tổng thể tích
mao dẫn được biểu thị qua độ xốp (%) [9].
  (1 

1
).100 %
 gB

Trong đó:

 0 : KL gỗ khô tuyệt đối (g/cm3).
 gB : KLTT của các chất trong gỗ  gB = 1,53 g/cm3

Nhận xét:
Qua nghiên cứu về cấu tạo hoá học của gỗ ta thấy gỗ là vật liệu dễ cháy.
Đặc biệt, Bạch Đàn là loại gỗ có chứa hàm lượng tinh dầu khá lớn, làm tăng
khả năng bắt lửa rất tốt.
Trong 4 thành phần chính của gỗ C, H, O, N, thành phần C là thành phần
chính tham gia q trình cháy [4].
2.2. Yêu cầu cơ bản của dung dịch chống cháy cho gỗ
Dung dịch chống cháy lý tưởng cần đạt những yêu cầu cơ bản sau:

- Vừa có khả năng ngăn ngừa cháy lại có thể ức chế cháy có ngọn;
- Bản thân chất chống cháy không độc, không ô nhiễm mà nhiệt phân
trong q trình sinh khí ít khói, độ độc thấp, khơng có tính kích thích;
- Nó phải khơng ăn mòn đối với gỗ cũng như các chi tiết gỗ, khơng có ảnh
hưởng xấu khi tái gia cơng đối với gỗ xử lý;
- Khơng làm giảm bớt tính cơ lý của gỗ được xử lý, đặc biệt là tính hút
nước và cường độ của nó;

17


- Chất chống cháy tan trong nước phải có độ hồ tan cao. Nếu dung dịch
thuốc khơng thể trực tiếp được ứng dụng thì có thể pha chế dễ dàng;
- Không độc hại với người, sử dụng tiện lợi, giá rẻ;
- Chất chống cháy không là nguồn chợ giúp cho sự phá hoại của nấm mốc.
2.3. Lý thuyết các quá trình cháy của gỗ
2.3.1. Quá trình phân giải nhiệt của g
Gỗ là hợp chất cao phân tử trong tự nhiên bao gồm Xenulo, Hemixenlulo,
Lignin và một số l-ợng ít các chất khác (tinh dầu, nhựa) hợp thành. Gỗ d-ới tác
dụng của nhiệt phát sinh phản ứng phân giải nhiệt, trong phản ứng vật chất cao
phân tử đà phân giải thành vật chất có phân tử thấp đơn giản hơn, một bộ phận
vật chất phân tử thấp lại có hiện t-ợng trùng ng-ng hay trùng hợp để trở thành
chất dạng nhựa. Đồng thời với hiện t-ợng đó tuỳ thuộc vào nhiệt độ nâng cao
mà phản ứng từ sự hấp thụ nhiệt trở thành giải phóng nhiệt, từ đó mà đẩy nhanh
sự phân giải nhiệt của chính bản thân gỗ.
Với điều kiện gỗ bị cách ly với không khí mà nâng cao nhiệt độ gia nhiệt
đến 150 200oC thì sẽ sinh ra chất khí không cháy CO2 và l-ợng nhỏ axít
formic, axít axetic và hơi n-ớc. Khi nhiệt độ lớn hơn 200oC thì hydrat cacbon bị
phân giải sản sinh ra các chất dễ cháy và dầu gỗ và khí bay hơi dễ cháy cao hơn
220oC thì sẽ sản sinh một khối l-ợng lớn vật chất cháy và tàn d- là than gỗ. Sản

phẩm chủ yếu của phân giải nhiệt là than gỗ, dầu gỗ và chất khí.
Trong quá trình phân giải nhiệt l-ợng sinh ra của các sản phẩm là hàm số
của quá trình biến đổi vật lý. L-ợng của quá trình vật lý gồm: Nhiệt độ, tốc độ
tăng nhiệt, áp lực của hệ thống, thời gian tồn đọng của các sản phẩm trong quá
trình phản ứng. Nếu nhiệt độ thấp hơn từ 200 400oC và thời gian phản ứng
đ-ợc kéo dài có thể làm tăng thêm l-ợng than hoá của gỗ; còn nếu trong
khoảng nhiệt độ từ 400 600oC mà nâng cao tốc độ tăng nhiệt đồng thời kéo
dài sự tồn l-u của các chất bay hơi thì dầu gỗ là sản phẩm chủ yếu[10]. Hình 1
là sơ đồ phản ứng phân giải nhiệt của gỗ.

18


Khí thứ cấp
Khí sơ

Gỗ

Cắt đứt

Cắt đứt
Cắt đứt

Dầu gỗ sơ cấp

Chất lỏng phân
tử l ượng thấp

Tụ hợp
Tụ hợp

Tụ hợp

Tụ hợp

Than gỗ

Than, dầu gỗ thứ cấp
cÊp

Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng nhiệt phân của gỗ

2.3.2. Phản ứng của Xenlulo, Hemixenlulo và Lignin khi có nhiệt
Xenlulo: Khi có nhiệt, nước tự do và nước thấm trong bị đẩy ra khỏi gỗ.
Xenlulo bị oxy hoá và phân huỷ một phần. Sự phân giải nhiệt Xenlulo được mơ
tả dưới hình sau:

19


H20

AnhydroXenlulo
Trùng ngưng

Khử nước (200-280°C)

Xenlulo

Than

Phá huỷ

Sản phẩm

H2O, CO2

bay hơi dễ
cháy
Trùng hợp(280-340°C)

Trùng ngưng
Phá huỷ
Gluco trái

Nhựa

CH4, H2,
H2O , và
những
chất khác.

Hình 2 .2. Sự phân giải nhiệt xenlulo

Ở nhiệt độ cao xenlulo khử nước tạo thành nối đơi ở trong mạch
Glucopiran và sau đó tạo thành liên kết este vịng nối đơi tạo ra anhydroxenlulo
bền vững hơn với tác động nhiệt. Trong phân tử anhydroxenlulo có nhiều liên
kết C=C và C=O, số lượng nhóm Hydroxyl giảm đáng kể. Khi đẳng 5 phân tử
nước từ mỗi mắt xích Xenlulo, mức thốt nước là 55,5% trọng lượng của
xenlulo, cacbon là 44,5%, điều đó sẽ loại bỏ sự tự bốc cháy. Ở nhiệt độ 280 340ºC, Xellulo bị đứt mạch tạo thành gluco trái,(mức thoát của gluco trái ở

trong các điều kiện đặc biệt cụ thể đạt tới 47%) và nhựa phân đoạn. Gluco trái
có thể được trùng hợp hoặc phải chịu phá huỷ cấu trúc tiếp tục tạo thành
mêtan, hydro, nước, gluco có khả năng bốc hơi nhanh, nếu vận tốc nung nóng
cao. Khi đó nó sẽ tham gia vào việc cháy có ngọn lửa cùng với các sản phẩm
bốc hơi dễ cháy khác. Ở nhiệt độ thấp, glucco trái biến đổi một phần thành than
đá và các hợp chất phân tử lượng thấp, chuyển sang pha khí. Trong q trình
20


biến đổi, nhiệt cấu trúc thường phân tử Xenlulo gây ra ảnh hưởng bổ sung. Ở
giai đoạn đầu sự phân rã của xenlulo gây ra ở phần vơ định hình, cịn các tinh
thể thì phục vụ cho việc giữ khung cắt, điều đó dẫn tới việc tạo ra kết quả cao
mức tinh thể hoá Xenlulo trong khoảng nhiệt độ 200 - 280°C. Ở nhiệt độ cao
hơn 320ºC, cấu trúc tinh thể Xenlulo biến mất. Khả năng giữ hệ thống tinh thể
bằng các khâu nối các chất phản ứng dường như có lợi đối với việc lưu giữ sự
phân rã các đại phân tử theo cơ chế khử trùng hợp.
Lignin: Nhờ có mơi trường thơm mà Lignin cháy kém hơn so với
Xenlulo. Những biến đổi nhiệt của nó liên quan tới những thay đổi vật lý. Ở
nhiệt độ 170ºC bắt đầu bị mềm ra. Điều đó làm giảm sự tiếp xúc của các nhóm
chức và sự tương tác của chúng. Hai thời kỳ biến đổi nhiệt của Lignin được
phân chia: với cực đại vận tốc mất trọng lượng ở gần 220ºC và với cực đại
mạnh hơn ở gần 370 - 400ºC. Ở giai đoạn thứ nhất xảy ra phản ứng khử nước
và trùng ngưng có hoạt tính nhất là các nhóm rượu Benzen và este của nó, đặc
biệt với HydroPhenol tự do. Giai đoạn hai xảy ra việc tháo dỡ các liên kết Este,
chính là các liên kết alkil - aril, alkil - alkil, aril - aril, với việc trùng ngưng tiếp
theo và tạo ra các liên kết Cacbon - Cacbon chịu nhiệt hơn, giai đoạn này cũng
kéo theo phản ứng khử nước.
Hemixenlulo: Hemixenlulo phân giải trong khoảng nhiệt độ từ 200 –
260oC. Độ bền vững của Hemixenlulo so với Xenlulo là rất thấp mà tính ổn
định nhiệt của đường trong gỗ của Hemixenlulo là rất thấp, nó rất dễ phát sinh

phản ứng thoát nước. Hemixenlulo ở nhiệt độ tương đối thấp phát sinh phân
giải sinh ra khối lượng lớn axít formic và chất khí khơng cháy, đồng thời có ít
dầu gỗ.

21


2.3.3. Giai đoạn cháy

Nguồn nhiệt A

T,oC 100

Các
thành
phần gỗ

B

C

200

300
10%

D

400

500

Lignin

10% 50%

Hemixenlulo
Xenlulo

Hình 3. Sơ đồ nhiệt phân và cháy gỗ

a. Vùng A, nhiệt độ dưới 200oC
Nhiệt độ mặt gỗ khoảng 100oC. Đây là giai đoạn thốt nước bề mặt, giải
phóng nước tự do và lượng nhỏ CO2, C2H5OH, Andehyde. Các phản ứng hoá
học trong gỗ khơng xảy ra. Khi có nhiệt gỗ được sấy nóng nước trong gỗ trong
gỗ nóng lên. Ở 100oC nước bốc hơi mạnh. Độ ẩm càng cao, nhiệt độ ban đầu
thấp thì nhiệt lượng cần để sấy càng nhiều. Ở giai đoạn này khơng khí chỉ làm
nhiệm vụ tác nhân chứ khơng cung cấp ơxy cho q trình cháy. Khi nhiệt độ
đạt 150oC các phản ứng hóa học bắt đầu xảy ra chậm chạp.
b. Vùng B, nhiệt độ từ 200oC đến 280oC
Xảy ra với sự phân ly Polioz ( 265oC), giải phóng CO, CH4, và những
cacbuahydro có phân tử lượng thấp và dễ cháy. Quá trình nhiệt phân bắt đầu
kèm theo sự toả nhiệt, sinh ra khí cháy, hơi nước khói và than gỗ.
c. Vùng C, nhiệt độ từ 280oC đến 500oC (Cháy có ngọn)
Các phản ứng cháy xảy ra mãnh liệt ở 310oC và tốc độ phân giải Xenlulo
là lớn nhất. Các thành phần hoá học của gỗ thay đổi rất nhanh, nhưng vẫn bảo
toàn cấu trúc tế bào, cấu tạo sợi, khói ngừng hình thành.
22

d. Vùng D, nhiệt độ trên 500oC (giai đoạn tạo than)
Ở giai đoạn này Lignin bị phân giải tạo thành các chất bay hơi. Các phản
ứng nhiệt phân xảy ra rất nhanh, sản phẩm dạng khí và dạng lỏng gồm : CO 2,
CO, H-CHO, H2, dầu gỗ…
2.4. Lý thuyết về chậm cháy gỗ
2.4.1. Thuyết vật lí
a. Thuyết lớp phủ
Ngăn ơxy tiếp xúc với bề mặt của than nóng giúp chống cháy. Các loại
sơn chống cháy giúp ngăn cản ơxy.
Lí thuyết về màng phủ đã được nâng lên thành các chất chậm cháy tẩm
cho gỗ, như hỗn hợp của axit boric - borat, nhưng nó đã cho thấy khơng có mối
quan hệ bền chặt giữa tỉ lệ của các hỗn hợp đó để hình thành các lớp phủ liên
tục trên than và tỉ lệ của các hỗn hợp đó để có hiệu quả chống cháy.
b .Thuyết nhiệt
Thuyết nhiệt gồm ba dạng: Cách nhiệt nhằm ngăn chặn sự tiếp xúc của
nhiệt với gỗ; dẫn nhiệt nhằm phát tán nhiệt nhanh hơn nhiều; và hấp thụ nhiệt
nhằm giảm lượng nhiệt cung cấp cho q trình phân giải nhiệt.
c. Thuyết khí
Có hai thuyết về khí: Làm lỗng các khí cháy của q trình nhiệt phân
với các khí khơng cháy từ chất chậm cháy và ngăn chặn q trình cháy bằng
các gốc tự do có khả năng bẻ gẫy các chuỗi phản ứng cháy của các khí thơng
thường.
2.4.2. Thuyết hóa học
Cháy của than gỗ tương tự như cháy của than đá hoặc các dạng nhiệt
phân khác của cacbon. Nó liên quan đến q trình ơxy hóa lớp bề mặt ở nhiệt
độ 600 - 700oC hoặc ở nhiệt độ cao hơn. Phản ứng xảy ra ở hai giai đoạn:
C + 1/2 O2 = CO + 26,43 kcal/ mol
CO + 1/2 O2 = CO2 + 67,96 kcal/ mol

23

Q trình ơxy hóa cacbon hồn tồn thành đioxit cacbon giải phóng
94,39 kcal/ mol. Phản ứng đầu xảy ra ở mặt tiếp xúc giữa cacbon và khơng khí;
phản ứng thứ hai xảy ra ở pha khí và giải phóng lượng nhiệt gần bằng 2,5 lần
so với phản ứng đầu. Lượng nhiệt thực tế giải phóng khi cháy được xác định
bằng tỉ số của CO và CO2 trong sản phẩm. Bằng chứng cho thấy các chất chậm
cháy có hiệu quả làm tăng đáng kể tỉ lệ CO:CO2 và do vậy giảm thiểu nhiệt
cho q trình ơxy hóa. Nếu phản ứng có thể chuyển thẳng một lượng lớn thành
monoxit, thì nhiệt giải phóng ra chỉ chiếm 28% so với trường hợp để chuyển
tồn bộ thành đioxit.
Có thể thay đổi tỉ lệ CO:CO2 trong một khoảng rất rộng bằng các chất
xúc tác. Than gỗ và các dạng cacbon khác cháy ở nhiệt độ 850oC trong một
dịng khơng khí khơ tới đó các chất xúc tác được đưa vào với những lượng
khác nhau. Các điều kiện như vậy mà khơng có chất xúc tác cacbon cháy hồn
tồn thành đioxit, khơng có monoxit. Nhưng với lượng nhỏ chất xúc tác (0,2
%), tỉ lệ CO:CO2 được thay đổi như sau:
Tỉ lệ mol của
CO:CO2

Chất xúc tác

trong các sản phẩm
cháy

Phosphorus oxychloride

8,4

Phosphorus trichloride

6,4

Chlorine

2,9

Carbon tetrachloride

2,6

Chloroform

2,3

Stannic chloride

2,1

Dichloromethane

1,1

Hydrogen chloride

1,16

Sulfur trioxide

0,52

Iodine

0,59
24


Tăng chất xúc tác trên 0,2% cho một lượng thay đổi rất nhỏ. Tuy nhiên,
lượng nhỏ (0,2%) hơi nước trong dịng khí phá hủy đáng kể hiệu lực của các
chất xúc tác kị nước như cacbon tetrachloride. Các chất xúc tác có tính hút
nước mạnh như các hợp chất của phốt pho tốt hơn so với cacbon monoxide. Ít
nhất có ba cơ chế về tác dụng của các chất xúc tác tác động trực tiếp đến q
trình ơxy hóa của cacbon. Các chất xúc tác có thể thay đổi ngưỡng năng lượng
(nhiệt hoạt hóa) của một hoặc nhiều phản ứng ôxy hóa:
(a) C + 1/2 O2 → CO
(b) C + O2 → CO2
(c) CO + 1/2 O2 → CO2
(d) CO + H2O → CO2 + H2
Trong sự thay đổi như vậy, các chất chậm cháy hạ thấp ngưỡng năng
lượng cho phản ứng (a) hoặc tăng các ngưỡng cho các phản ứng (b), (c) và (d).
Các chất kích hoạt cháy tăng ngưỡng cho phản ứng (a) hoặc giảm ngưỡng cho
một hoặc nhiều phản ứng khác.
- Các chất xúc tác có thể tác động các chu trình hồn nhiệt của các phản
ứng trên như sau:
2 H3PO4 + 5 C → 2 P + 5 CO + 3 H2O
4 P + 5 O2 → 2 P2O5
P2O5 + 5 C → 2 P + 5 CO
- Các chất xúc tác có thể bị hấp phụ ở các trung tâm hoạt động trên than
gỗ làm thay đổi khả năng phản ứng của nó:

25