(Đề tài NCKH) nghiên cứu ảnh hưởng của polyetylenglycol đến tính ổn định kích thước gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC
SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYETYLEN
GLYCOL ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC GỖ

Mã số: T2015 - 89

Chủ nhiệm đề tài: THS. GV. Nguyễn Văn Tú

SKC005575

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYETYLEN
GLYCOL ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC GỖ
Mã số: T2015-89

Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN VĂN TÚ

TP. HCM, Tháng10 Năm 2015


ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYETYLEN
GLYCOL ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH KÍCH THƯỚC GỖ

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu: ThS NGUYỄN VĂN TÚ

Đơn vị phối hợp chính: Xưởng thực tập gỗ - Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP HCM.


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................................ 3
MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 4
* Tổng quan tình hình nghiên thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngồi nước........4
* Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................................. 5
* Mục tiêu đề tài................................................................................................................................. 7
* Đối tượng nghiên cứu................................................................................................................... 7
* Phạm vi nghiên cứu....................................................................................................................... 7
* Cách tiếp cận.................................................................................................................................... 7
* Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................. 7
Chƣơng 1.CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT GỖ KEO LAI ẢNH HƢỞNG ĐẾN
SỰ ỔN ĐỊNH KÍCH THƢỚC.................................................................................................... 8
1.1. Tình hình trồng cây keo lai của nước ta hiện nay......................................................... 8
1.2. Đặc điểm sinh thái..................................................................................................................... 9

1.3. Đặc điểm về cấu tạo............................................................................................................... 10
1.4. Tính chất vật lý gỗ Keo lai.................................................................................................. 11
1.5. Tìm hiểu về tính chất cơ học của gỗ................................................................................ 12
1.6. Đặc điểm chính của gỗ liên quan đến tính co rút và dãn nở................................... 12
Chƣơng 2.CƠ CHẾ ỔN ĐỊNH HĨA KÍCH THƢỚC GỖ........................................ 16
2.1. Các giải pháp ốn định kích thước gỗ............................................................................... 16
2.2. Ổn định gỗ bằng phương pháp hoá học.......................................................................... 16
2.2.1.. Xử lý gia nhiệt.................................................................................................................. 16
2.2.2. Xử lý Acetol hoá............................................................................................................... 17
2.2.3. Xử lý Cyanate.................................................................................................................... 18
2.2.4. Xử lý Formol...................................................................................................................... 19
2.2.5. Xử lý bằng Urea................................................................................................................ 19
2.4 Ổn định gỗ bằng phương pháp hoá nhiệt....................................................................... 20
2.5. Ổn định gỗ bằng phương pháp Enzym........................................................................... 21
2.6. Ổn định gỗ bằng phương pháp vật lý.............................................................................. 21
2.6.1. Xử lý chống nước............................................................................................................. 21
2.6.2. Xử lý chống ẩm................................................................................................................. 22
2.6.3. Xử lý Paraffin.................................................................................................................... 23
2.6.4. Xử lý Polyetylenglycol (PEG).................................................................................... 23
CHƢƠNG 3.THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM..................................... 24
3.1. Quy trình cơng nghệ tạo gỗ biến tính.............................................................................. 24
3.1.1. Ngun liệu......................................................................................................................... 24
3.1.2.Trình tự thí nghiệm:.......................................................................................................... 26
3.2.Kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả.......................................................................... 28

1


3.2.1. Kết quả thí nghiệm........................................................................................................... 28
3.2.2. Đánh giá kết quả............................................................................................................... 30

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
Kết luận............................................................................................................................................... 31
Kiến nghị............................................................................................................................................ 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 32

2


DANH MỤC CÁC HÌNH
TT
Hình 1.1.
Hình 1-2.
Hình 1.3
Hình 1.4.
Hình 1.5
Hình 3.1
Hình 3.2.
Hình 3.3.
Hình 3.4.
Hình 3.5
Hình 3.6.
Hình 3.6
Hình 3.7.
Hình 3.8.
STT

Bảng 1-1
Bảng 1.2
Bảng 3.1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu
MC
KLTT
V
m
Pmax
PEG
TCVN
σed
σut

3


MỞĐẦU
* Tổng quan tình hình nghiên thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài

nƣớc - Trên thế giới
Trên thế giới, cơng nghệ biến tính gỗ khơng cịn là lĩnh vực mới, nó được phát triển
sớm ở Châu Âu. Với mục đích sử dụng gỗ và vật liệu gỗ một cách hiệu quả, ở các nước
phát triển trên thế giới như Mỹ, Nga, Nhật, EU trong những năm qua đã tiến hành
nghiên cứu vàáp dụng vào s ản xuất các biện pháp biến tính gỗ theo một số xu hướng
sau: biến tính theo hướng chống cháy; biến tính theo hướng chống ẩm; cải thiện các
tính chất cơ học của gỗ mọc nhanh rừng trồng để cho nó ít biến dạng.
Năm 1930, ở Liên Xô các nhà khoa học đã nghiên cứu ép gỗ tạo ra thoi dệt và tay
đập c ủa máy dệt. Sau đó, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp này để tạo ra
những chi tiết chịu mài mịn, tự bơi trơn, sử dụng trong ôtô, máy nông nghiệp. Gỗ nén
theo phương pháp này tạo ra vật liệu khơng ổn định hình dạng, độ ổn định kích thước

kém. Để khắc phục các nhà khoa học đã nghiên cứu đưa vào trong gỗ các hoá chất
dưới dạng monome ho ặc polyme. Năm 1936, một số nhà khoa học Liên Xô đã đưa
vào gỗ dung dịch Bakelit 5-10%. Vào năm 1966, G.B.Klard đã dùng dung dịch
Phuphurol spirt tẩm vào gỗ tạo ra vật liệu có tính cơ học cao.
Năm 1972, phịng thí nghiệm sản phẩm lâm s ản của Mỹ (FPL) bắt tay nghiên c ứu
ứng dụng Acetol hoá đối với vật liệu gỗ. Năm 1980, xử lý Acetol hoá bắt đầu ứng dụng
s ản xuất ván nhân tạo. Năm 1981, Nhật Bản đã thu được thành cơng tiến hành xử lý
Acetol hố gỗ với quy mơ s ản xuất công nghiệp, giới công nghiệ p gỗ Nhật Bản đã
mở rộng vật liệu Acetol hố, mà kích thước của nó r ất ổn định mặc cho độ ẩm tương
đối của môi trường thay đổi lớn, được dùng rộng rãi làm tường vách của buồ ng tắm,
cửa hoặc ván sàn.
Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô đã dùng tia chiếu xạ gây phản
ứng đa tụ ở các đơn thể tẩm vào trong gỗ (một số cao phân tử lượng thấp ho ặc Cacbua hydro
không bão hồ có cầu đơi) làm cho các hố chất kết hợp với gỗ và đóng rắn lại tạo nên các sản
phẩm chất lượng cao, gọi là gỗ Polyme phức hợp (WPC). Gỗ được xử lý WPC có tính ổn định
kích thước và khối lượng thể tích cao hơn rõ rệt so với gỗ nguyên. Tính kháng ẩm c ủa gỗ
được xử lý WPC cũng tăng. Do tính ổn định kích thước c ủa WPC là r ất tốt, tính cơ học, chịu
mài mòn và chịu uốn cũng tăng nên nó

4


là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong kiến trúc, trong công nghiệp, đồ mộc…
Tại hội thảo công nghệ biế n tính gỗ ở Châu Âu được tổ chức lần 1 vào tháng 03
năm 2003 tại Bỉ và lần 2 vào tháng 10 năm 2005 tại Đức đã có nhiều cơng trình nghiên
cứu của các nhà khoa học châu Âu do GS.W. Hotman (Netherlands) chủ trì đã đề cập
đến vấn đề nâng cao tính ổn định kích thước gỗ s ử dụng Anhydric acetic và khẳng
định xu hướng này cần phải được nghiên cứu và hoàn thiện trong tương lai. Ở Thụy
Điển, Nhật Bản đã có các Nhà máy xử lý gỗ bằng Acetyl hoá kết hợp với cơng nghệ vi
sóng đang được sản xuất với số lượng lớn các sản phẩm gỗ có chất lượng cao. Tại Nga

nghiên cứu nâng cao tính ổn định kích thước gỗ sử dụng Anhydric acetic đã được
nghiên cứu từ những năm 1960, đến nay vẫn tiếp tục hồn thiện cơng nghệ và triển
khai vào sản xuất. Biến tính nguyên liệu gỗ rừng trồng để tạo ra sản phẩm có chất
lượng cao đang là xu thế phát triển của ngành chế biến gỗ trên toàn thế giới.
- Ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, cơng nghệ biến tính gỗ theo các xu hướng khác nhau như
nâng cao khối lượng thể tích, tính chất cơ vật lý, ổn định kích thước gỗđãđược nhiều
nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu. Một số cơng trình nghiên cứu về
biến tính gỗđãđược thực hiện như Trần Văn Chứđã nghiên cứu công nghệ và thiết bị
biến tính gỗ có khối lượng thấp thành ngun liệu chất lượng cao. Vũ Huy Đại,
Nguyễn Minh Hùng đ ã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý vi sóng đến tính ổn
định kích thước của gỗ Trám trắng, ảnh hưởng của tỷ suất nén đến tính ổn định kích
thước c ủa gỗ biến tính t ừ Keo tai t ượng. Bùi Thị Tuyết Nhung đã nghiên cứu một số
giải pháp nâng cao khối lượng thể tích gỗ và tiến hành nâng cao khối lượng thể tích gỗ
bằng nhựa Novolac.
Qua điều tra về các cơng trình nghiên cứu c ủa các nhà khoa học trong và ngồi
nước tơi thấy hướng nghiên cứu biến tính gỗở trong nước là hết sức cần thiết và cóý
nghĩa. Nhìn chung, vấn đề biến tính gỗở nước ta mới bắt đầu được nghiên cứu, các kết
quả cho thấy không những nâng cao được chất lượng sản phẩm, mà cịn, giúp chúng ta
đa dạng hóa loại hình sản phẩm từ nguyên liệu gỗ.
Mặc dù các kết quả trên chỉ mang tính thử nghiệm, thăm dị nhưng đãđặt nền
tảng ban đầu cho các nghiên cứu tiếp theo.
* Tính cấp thiết của đề tài
Cơng nghiệp chế biến gỗ Việt Nam trong những năm gần đây đã có những

5


bước phát triển vượt bậc, kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ nước ta đạt gần 1,6 tỷ USD trong
năm 2005, năm 2006 kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ nước ta đạt 2 tỷ USD, sản phẩm đồ

gỗ của Việt Nam đã có mặt trên 120 quốc gia trên thế giới (Vneconomy, 2006).
Mặc dù vậy, trong những năm gần đây do sự phát triển của nền kinh tế, sự khai
thác rừng tự nhiên một cách bừa bãi làm cho ngành công nghiệp Chế biến lâm sản
đứng trước thực trạng nguyên liệu gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm trầm trọng,
vì vậy xu hướng sử dụng gỗ rừng trồng làm nguyên liệu cho q trình sản xuất khơng
ngừng tăng nhanh.
Gỗ là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống bởi
hàng loạt các ưu điểm như có hệ số phẩm chất cao, mềm, dễ gia công, chế biến, dễ
trang sức,…Bên cạnh những ưu thế gỗ rừng trồng là khuyết tật, gỗ mềm nhẹ, tỷ trọng
thấp, tính chất cơ, vật lý thấp, khả năng chịu tác hại của môi trường như mối, mọt,…
kém, màu sắc không đẹp. Một nhược điểm khơng thể khơng nói tới là khả năng hút
ẩm, nhả ẩm dẫn đến bị thay đổi kích thước, hơn nữa nó là vật liệu dị hướng nên mức
độ thay đổi kích thước theo các chiều khơng giống nhau, vì thế gỗ dễ biến hình, nứt nẻ,
cong vênh. Đây là nhược điểm lớn nhất của gỗ khi sử dụng gỗ là vật liệu. Tính co rút,
dãn nở của gỗ khơng chỉ gây khó khăn trong q trình gia cơng, chế biến, sử dụng mà
cịn hạn chế khả năng sử dụng gỗ trong mơi trường có sự biến động lớn về độ ẩm.
Chính vì thế, bài tốn đặt ra cho các nhà khoa học là tìm kiếm các giải pháp cơng
nghệ biến tính gỗ nhằm nâng cao chất lượng gỗ, đây cũng là một trong những xu
hướng đã và đang được quan tâm trên thế giới. Biến tính gỗ là q trình tác động hóa
học, cơ học, nhiệt học hoặc đồng thời làm thay đổi lại cấu trúc của gỗ mà chủ yếu là
tác động vào các nhóm hydroxyl. Biến tính gỗ có rất nhiều phương pháp, trong những
năm gần đây ở các nước phát triển như Mỹ, Nga, Nhật, EU đang sử dụng một số
phương pháp biến tính như nhiệt cơ, hóa cơ, hóa học, nhiệt hóa, bức xạ - hóa học. Biến
tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu là nén chặt và không nén chặt. Một số loại hình biến
tính như ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, polyme hóa. Càng ngày các nhà khoa học càng
chú trọng đến việc tăng hiệu quả của các giải pháp biến tính nhưng ít hoặc khơng gây
độc hại với con người và môi trường, người ta hạn chế hoặc khơng dùng chất xúc tác
hóa học. Trên thế giới cơng nghệ biến tính gỗ đã phát triển mạnh nhưng ở Việt Nam
vấn đề biến tính gỗ mới được nghiên cứu rất ít.

6


Xuất phát từ u cầu đó, tơi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của
Polyetylenglycol (PEG) đến tính ổn định kích thước gỗ”
* Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu sử dụng PEG để biến tính gỗ nhằm nâng cao tính cơ lý và khả năng
sử dụng gỗ mọc nhanh rừng góp phần thay thế gỗ rừng tự nhiên đang ngày càng khan
hiếm vào s ản xuất chế biến gỗ ở Việt Nam.
* Đối tƣợng nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của PEG đến sự ổn định kích thước của gố Keo lai
* Phạm vi nghiên cứu
+ Đề tài sử dụng phương pháp ngâm thường để đưa thuốc PEG vào trong gỗ.
+ Nguyên liệu sử dụng ngâm tẩm PEG là gỗ Keo lai
* Cách ti ếp cận

Tiếp cận lý luận khoa học, các kết quả nghiên cứu về biến tính gỗ ở các nước
trên thế giới. Ở giai đoạn nghiên cứu này, phương pháp nghiên cứu chủ yếu sử dụng là
khảo sát thực tiễn và kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.
Tiến hành thử nghiệm kết quả nghiên cứu để kiểm tra, phân tích, đánh giá kết
quả đạt được.
* Phƣơng pháp nghiên cứu

Tham khảo các tài liệu chuyên môn, kế thừa các kết quả liên quan đến biến tính gỗ
thơng qua các nguồn: thư viện, giáo viên hướng dẫn, các chuyên gia, mạng internet,…
để đưa ra được quy trình biến tính tối ưu.

7

Chƣơng 1
CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT GỖ KEO LAI ẢNH HƢỞNG
ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH KÍCH THƢỚC
1.1. Tình hình trồng cây keo lai của nƣớc ta hiện nay
Sự ra đời của giống keo lai là sự mở đầu cho một phong trào sử dụng giống có
năng suất cao và nhân giống sinh dưỡng trong lâm nghiệp ở nước ta. Tuy được phát hiện
muộn hơn các nước khác, song nhờ đi đúng hướng nên có thể nói Việt Nam là nước đầu
tiên đã đưa giống keo lai có năng suất cao và sử dụng trong sản xuất trên quy mô lớn, trên
những vùng sinh thái tốt, giống keo lai của ta có thể đạt năng suất 30 - 40 m 3/ha/năm, nơi
đất xấu giống keo lai vẫn có sinh trưởng gấp 1,5 - 3 lần các giống bố mẹ. Đất trồng rừng
của Việt Nam là đất trống, đồi núi trọc, nên không thể có năng suất rừng trồng cao như ở
một số nước khác. Trung tâm Nghiên cứu giống cây rừng đã tổ chức các lớp tập huấn kỹ
thuật nhân giống sinh dưỡng bằng giâm hom và chuyển giao giống gốc cho nhiều đơn vị
trong cả nước, cũng như chuyển giao công nghệ nuôi cấy mô và giống gốc cho một số
đơn vị khác. Một số cơ sở nhân giống bằng nuôi cấy mô do Trung tâm chuyển giao như
Nông lâm trường thực nghiệm Quảng Ninh đã nhân giống keo lai hằng năm gần một triệu
cây. Nhiều cơ sở khác cũng nhân giống bằng nuôi cấy mô thành công cho Gỗ keo lai.
Cùng với sự phát triển của giống keo lai là phong trào nhân giống hom và nuôi cấy mô
phân sinh đang phát triển rộng rãi ở các cơ sở nghiên cứu và sản xuất lâm nghiệp trong cả
nước. Giống keo lai khơng những được sử dụng trong nước mà cịn được một số nước
khác quan tâm và xin trao đổi giống, trong đó Malayxia đã nhập để trồng trên diện rộng,
công ty trồng rừng nguyên liệu giấy Oiji 100% vốn của Nhật Bản cũng đang dùng giống
keo lai làm cây trồng chính ở Bình Ðịnh và Quảng Ngãi. Gần đây Trung tâm Nghiên cứu
giống cây rừng đã chọn thêm một số giống keo lai tự nhiên mới, cũng như đã tiến hành
lai nhân tạo thành công và đã tạo được hàng chục tổ hợp lai khác loài giữa keo tai tượng
và keo lá tràm. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã coi keo lai là một trong những
giống cây trồng chính của ngành lâm nghiệp. Theo Cục Phát triển lâm nghiệp thì đến năm
2007 đã có 100.000 ha cây keo lai được gây trồng trong cả nước, riêng năm 2001 là

30.000 ha. Riêng xí nghiệp nguyên liệu giấy Đông Nam Bộ: 42300 ha

8


ở Đăclăk, 575 ha ở Lâm Đồng, còn lại là 1950 ha ở các tỉnh trong khu vực miền Đông

Nam Bộ.
1.2. Đặc điểm sinh thái

Tên Việt Nam:gỗ Keo lai.
Tên khoa học:Acacia mangium - Acacia auriculiformis (Acacia hybrid).

Hình 1.1. Cây gỗ Keo lai
Cây gỗ có thân tương đối thẳng, phân cành ở độ cao 5÷7 m trở lên. Khi cây cịn nhỏ
vỏ cây có màu trắng xanh, khơng bị nứt, khi cây về già vỏ ngả sang màu nâu và thường
nứt thành rãnh nhỏ và sâu. Hoa trắng bạc xếp thẳng hoặc uốn nhẹ, hoa tự hình bơng, hoa
đơn. Có hai mùa ra hoa rõ rệt vào tháng 7 và tháng 11. Hạt có màu nâu.
Keo lai mọc trên đất sét pha cát hoặc đất pha cát, Keo lai cũng có thể sinh trưởng
mạnh trên đất lateirt. Keo lai thường phân bố ở những nơi có biên độ nhiệt thay đổi từ 12
0

÷ 35 C, lượng mưa hàng năm từ 1200 ÷ 1800mm và độ cao 50 ÷ 350m so với mặt nước

biển. Lồi cây này là cây mọc nhanh, thích sáng và khả năng sinh trưởng nhanh nhất ở
vùng khí hậu ẩm. Ở nước ta, Keo lai đã xuất hiện tại nhiều tỉnh thành và có thể là một
trong những nguồn cung cấp nguyên liệu gỗ cho ngành công nghiệp chế biến gỗ trong
tương lai.

9

1.3. Đặc điểm về c ấu tạo
Gỗ keo lai có giác và lõi phân biệt, lõi màu nâu sẫm, giác màu vàng nhạt, có vịng
năm rõ ràng.

Hình 1.2. Mặt cắt ngang cây gỗ Keo lai
Lỗ mạch: lỗ mạch phân bố theo hình thức phân tán, mơ mềm vây quanh mạch, tia
gỗ nhỏ, trong mạch thường có chất chứa. Quan sát dưới kính hiển vi, lỗ mạch có hình bầu
dục hoặc trịn, phần lớn là mạch đơn, đơi khi xuất hiện mạch kép, đường kính lỗ mạch
khơng đồng đều. Đường kính lỗ mạch lớn từ 0,111 đến 0,143mm. Mật độ lỗ mạch khơng
có sự chênh lệch lớn từ 9 – 10 lỗ/mm 2. Tế bào mạch có dạng hình trống, tấm xuyên mạch
đơn, nằm ngang ho ặc hơi xiên tạo điều kiện thuận lợi cho q trình thốt dẫn ẩm của gỗ
theo chiều dọc thớ.

Hình 1.3. Mặt cắt ngang gỗ Keo lai
Lỗ thông ngang trên vách mạch xế p so le, mật độ nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho
quá trình hút và thoát nước theo chiều ngang thân cây.

10


Tế bào mô mềm chiếm tỉ lệ không nhiều, chủ yế u là mô mềm vây quanh mạch bề
rộng từ 1 ÷ 2 tế bào, vây quanh mạch khơng kín hoặc hình cánh, vách rất mỏng.
Sợi gỗ: sợi gỗ có dạng hình kim khá thẳng, bề dày tế bào sợi bằng khoảng 1/3
đường kính sợi gỗ. Vách tế bào gỗ là dạng vách sợi mỏng, chiề u dài tế bào si ngn kho
ng 571,4 ữ 785,7àm, ng kớnh ngoi ca sợi là 28,5µm, đường kính trong sợi gỗ là
15µm.
Tia gỗ đồng hình có xu hướng tạothành t ầng so le, bề rộng tia hẹp từ 1÷ 3 hàng tế
bào, ít biến động. Ngược lại chiề u cao tia gỗ biến động từ 5 đến 15 hàng tế bào. Mật độ

tia 7 tia/mm2.

Hình 1.4. Mặt cắt tiếp tuyến gỗ Keo lai
1.4. Tính chất vật lý gỗ Keo lai
Bảng 1.1. Tính chất vật lý gỗ Keo lai.
Thông số kỹ thuật
Khối lượng thể tích cơ bản (g/cm3)
Trọng lượng ( kg /m3)
Co rút tiếp tuyến (St t %)
Co rút xuyên tâm (Sr %)
Co rút dọc thớ ((Sl %)

11


1.5. Tìm hiểu về tính chất cơ học của gỗ
Tính chất cơ học của gỗ: theo tiêu chuẩn ngành 04 TCN 66 – 2004; độẩm được
quy đổi về gỗ có độẩm bằng 12%
Bảng 1.2. Tính chất cơ học gỗ Keo lai.
Ứng suất nén dọc thớ:
Ứng suất nén ngang c ục bộ TT:
Ứng suất nén ngang to àn bộ TT :
Ứng suất kéo dọc thớ:
Ứng suất kéo ngang thớ TT:
Ứng suất uốn tĩnh:
Ứng suất tách tiếp tuyến:
Ứng suất tách xuyên tâm:
1.6. Đặc điểm chính của gỗ liên quan đến tính co rút và dãn nở
Gỗ là vật liệu tự nhiên có tính dị hướng cao, được cấu tạo bởi các tế bào xếp dọc
thân cây (chiếm tới 90 – 95%) thể tích và tế bào xế p ngang thân cây (chiếm đến 5 –

10%). Các tế bào có dạng hình ống bao gồm vách và ruột.
Vách tế bào được cấu tạo bởi ba thành phần chủ yế u là xenlulô, hemixenlulô và
lignin, tất cả thành phần này đều là các polyme, chúng hợp thành mạng lưới đan xen
trong vách tế bào. Trong đó xenlulơ (50 - 55%) là thành phần chính tạo nên vách tế bào,
lignin (20 – 30%) và hemixenlulô (15 – 25%), còn gọi là các chất nền (matrix). Các phân
tử xenlulô [C6H7O2(OH)3]n với n = 5000 – 14000 có cấu tạo mạch thẳng liên kết với
nhau tại các vị trí 1,4 nhờ cầu nối oxi hình thành lên chuỗi xenlulô. Nhiề u chuỗi xenlulô
liên kết với nhau nhờ cầu nối hyđro tạo nên mixenxenlulô. Khoảng 40 – 50 mixenxenlulơ
sắp xế p thành một khối có kích thước mặt cắt ngang 3x5 nm được gọi là bó mixen
xenlulơ. Từng bó mixen xenlulơ được bao bọc xung quanh bởi một lớp hemixenlulơ kết
hợp với một lượng nhỏ lignin và ngồi cùng bao bọc bởi một lớp lignin t ạo thành khối

12


vững chắc có kích thước mặt cắt ngang kho ảng 5 – 10 nm. Các khối vững chắc này s ắp
xếp tạo nên vách tế bào.
Xenlulô là thành phần chủ yế u tạo nên vách tế bào . Do trong phân tử xenlulơ chứa rất
nhiều nhóm hyđroxyl nên giữa các phân tử tồn tại r ất nhiều liên kết hyđro, vì thế lực liên kết
giữa các phân tử rất lớn và lớn hơn rất nhiề u lực hóa học liên kết các mắt xích trong phân tử.
Liên kết hyđro giữa các phân tử xenlulơ có thể biể u diễn như hình 1.5

H

OH

0
H

0H

H

0

0

CH20H

Hình 1.5. P hân tử Xenlulơ
Nếu được hút nước vào nghĩa là phân tử nước vào giữa các phân tử xenlulô xuất
hiện các liên kết hyđro qua các phân tử nước, theo sơ đồ hình 2.Đó là q trình trương nở
của xenlulô trong nước. Lượng nước được hút vào càng nhiều số lượng liên kết hyđro tạo
thành giữa các phân t ử càng lớn, khoảng cách gi ữa chúng càng lớn, nói cách khác sợi
xelulơ trương nở. Điều này giúp giải thích tính co rút, dãn nở c ủa gỗ.
Xenlulơ là chất cao phân tử có cực, như vậy dung mơi gây trương hay hịa tan
xenlulơ cũng phải là dung mơi có cực. Thực chất q trình trương xululơ là quá trình tác
nhân gây trương xâm nhập vào, bứt phá các liên kết hyđro giữa các phân tử xenlulô cạnh
nhau, khi đó làm cho khoảng cách giữa các phân tử xenlulô tăng lên, dẫn đến liên kết của
chúng yếu đi, các phân tử xenlulô dễ bị xê dịch và trở lên lỏng lẻo hơn, đồng thời khi liên


kết hyđro bị phá vỡ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các tác động khác làm thay đổi cấu trúc
của phân t ử xenlulô trong gỗ.

13


Hiện tượng trương nở xenlulơ có ý nghĩa quan trọng đối với cơng nghệ biến tính
gỗ, do nó làm cho tính chất cơ học, vật lý, hóa học của gỗ thay đổi.

Cũng như xenlulô, hemixenlulô là các polysaccarit, cấu tạo nên vách tế bào, nhưng so
với xenlulơ thì hemixenlulơ kém ổn định hóa học hơn, dễ bị phân gi ải ở nhiệt độ cao.
Hemixenlulơ gồm có pentosan (C5 H8O4)n và hexosan (C6H10O5)n, n = 50 – 200.

Hàm lượng pentosan và hexosan trong các loại gỗ có khác nhau, ở gỗ lá rộ ng
lượng pentosan nhiều, chiếm từ 19 – 23% còn hexosan là 3 – 6%, ở gỗ lá kim t ỷ lệ
pentosan và hexosan xấp xỉ ngang nhau, chiếm từ 10 – 12%. Nói chung hemixenlulơ dễ
bị thủy phân dưới tác dụng của axit.
Lignin là hợp chất cao phân tử có đặc tính thơm. Lignin có cấu tạo phân t ử rất
phức tạp. Hơn nữa các đơn vị mắt xích Phenylpropan lại có nhiều loại nhóm chức như
metoxyl (-OCH3), hyđroxyl (-OH). Do đó lignin có thể tham gia hàng lo ạt phản ứng hóa
học như phản ứng thế, phản ứng cộng, phản ứng oxy hóa, phản ứng trùng ngưng, trùng
hợp. Lignin cũng có tính chất trương và hịa tan trong những dung mơi thích hợp như
dung dịch kiềm. Các mắt xích trong phân t ử lignin liên kết với nhau bằng những liên kết
ete và liên kết C – C, tạo ra cấu trúc mạng phức tạp.
Liên kết C – C rất bền vững đối với xử lý hóa học và là yế u tố cơ bản ngăn cản sự tạo
thành các đơn phân tử lignin trong những xử lý hyđro hóa, phân giải bằng etanol. Lignin tham
gia liên kết hyđro với xenlulô và hemixenlulô với năng lượng liên kết khá lớn. Do có nhiều nhóm
chức trong một phân tử và do lignin tiếp cận tốt với polysaccarit, lực tương tác giữa lignin với
cấu tử khác c ủa vách tế bào trở lên r ất lớn. Bên cạnh liên kết hyđro, giữa các cao phân tử c ủa
vách tế bào cịn có tương tác Vander Vaals. Loại tương tác vật lý này cũng góp phần cản trở q
trình hịa tan lignin dưới tác dụng cua dung môi.

Sự thay đổi lượng nước thấm trong vách tế bào chính là sự thay đổi số lượng phân
tử nước giữa các mixen xenlulô, cũng chính là sự thay đổi số lượng liên kết hyđro giữa
các mixen dẫn đến kho ảng cách giữa các mixen thay đổi, bề dày vách tế bào thay đổi và
kích thước gỗ thay đổi, nói cách khác gỗ bị co rút hoặc dãn nở.
Tóm lại, sự tồn tại các nhóm hyđroxyl trong các thành phần tạo nên vách tế bào,
sự tạo thành vô số các liên kết hyđro giữa vách mao dẫn và nước là nguyên nhân làm cho

14


gỗ bị co rút hoặc dãn nở. Gỗ chỉ co rút hoặc dãn nở khi lượng ẩm liên kết trong gỗ giảm
hoặc tăng.
Khi gỗ được xử lý hóa học, các tác nhân xử lý xâm nhập vào tế bào gỗ, nó sẽ có
những tương tác với các c ấu tử gỗ ở dạng này hay dạng khác làm cho cấu trúc, liên kết,
tính chất gỗ có sự thay đổi. Sự tác động của các tác nhân chủ yế u vào các liên kết ngang
(cầu nối hyđro) giữa các cấu tử, đặc biệt và chủ yế u là các liên kết hyđro giữa các phân
tử xenlulơ.
Khi có tác động của tác nhân xử lý vào các cấu tử gỗ, giữa các c ấu tử có sự thay
đổi như sự thay thế một số nhóm chức, kho ảng cách gi ữa các cấu tử trong gỗ thay đổi sẽ
làm cho tính chất cơ lý thay đổi theo. Sự biến đổi nhóm chức (chủ yếu là nhóm OH) sẽ
làm cho tính hút nước, hút ẩm thay đổi. Vì thế, nếu có tác động hoặc dùng tác nhân hóa
học nào đó xử lý gỗ sao cho có thể biến đổi cấu trúc hoặc thay thế nhóm hyđroxyl trong
gỗ thành nhóm kỵ nước có kích thước lớn thì ngun liệu sẽ ít hút nước, ít trương nở.

15


Chƣơng 2.
CƠ CHẾ ỔN ĐỊNH HĨA KÍCH THƢỚC GỖ
2.1. Các giải pháp ốn định kích thƣớc gỗ
Nguyên t ắc xử lý ổn định hố kích thước của gỗ là dưới tiền đề duy trì những tính
chất ưu việt vố n có của gỗ mà làm thay đổi sự hút ẩm và tính năng co dãn c ủa nó. Sự co
dãn của gỗ là do sự thay đổi độ ẩm của gỗ gây nên, nó phát sinh ở dưới điểm bão hồ thớ
gỗ mà căn ngun của nó là những ion tự do (OH) trong khu vực phi kết tinh c ủa
cellulose hấp thụ thành phần nước trong khơng khí đồng thời hình thành cầu nối với phân
tử nước. Phân tử nước thấm vào làm cho kho ảng cách giữa các phân tử trong thành phần
gỗ tăng lên. Gỗ thể hiện trạng thái dãn nở dẫn đến kích thước khơng ổn định, ngoài ra

hemicellulose, lignin và các thành phần khác nữa cũng có thể hút nước. Do đó xử lý ổn
định hố kích thước gỗ là dưới tiền đề để khơng làm phá hoại cấu tạo hoàn chỉnh vách tế
bào gỗ, nhằm nghiên cứu một loại phương thức xử lý thay đổi những tính chất hạn chế
của nó.
Để xử lý ổn định gỗ người ta xử dụng các phương pháp khác sau:
+ Ổn định gỗ bằng phương pháp hoá học
+ Ổn định gỗ bằng phương pháp Enzym
+ Ổn định gỗ bằng phương pháp hoá nhiệt
+ Ổn định gỗ bằng phương pháp vật lý

2.2. Ổn định gỗ bằng phƣơng pháp hoá học
2.2.1.. Xử lý gia nhi ệt
Kết quả xử lý gia nhiệt là trọng lượng giảm mà màu sắc bề mặt lại sẫm đồng thời
có tính hút ẩm của gỗ, tính cơ học giảm xuống. Nhưng tính ổn định kích thước lại cao.
Theo một số nhà khoa học, xellulose có độ cứng tương đối, giữa các phân tử chuỗi
xuất hiệ n một khuynh hướng kết tinh rất mạnh, trong khu vực xellulose kết tinh những
nhóm hydroxyl có cực giữ chặt các chuỗi xellulose bằng mạng lưới các liên kết cầu hydro
ngang. Phương trình động lực học c ủa quá trình tan, sự biến đổi năng lượng tự do ∆F
phải là âm, theo phương trình:
∆F=∆H- T.∆S<0

16


Trong đó: ∆F - Năng lượng tự do (thế đẳng nhiệt);
∆H - Biến đổi entanpy;
∆S - Biến đổi entropy;
T - Nhiệt độ của hệ.
Từ quan hệ trên cho thấy khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm cho ∆F biến đổi về phía âm,
khi đó khả năng tan của cellulose sẽ tăng lên, nghĩa là cường độ của gỗ giảm đi. Về mặt

hoá học, ở nhiệt độ cao khoảng 15000C – 17500C thì khả năng hồ tan của gỗ tăng lên và
độ pH giảm đi do sự tạo thành các axit uronic, fufurola và các axít hữu cơ khơng bay hơi.
2.2.2. Xử lý Acetol hoá
Acetol hoá là dung dịch để lắng đọng gốc CH 3 CO- thay thế gố -OH thân nước
trong gỗ, do có xu hướng sâm nhập của gốc CH 3 CO- làm sản sinh hiệ u ứng tăng thể
tích. Nhân tố làm cho gỗ xử lý ổn định kích thước là gốc –OH giảm đi, gốc CH 3CO- tăng
thể tích, so sánh giữa chúng thì tính quyết định là hiệu ứng tăng thể tích.
Phản ứng Acetol hố: Khi xử lý Acetol hoá dùng Axit Acetic khử một phân tử
nước, phản ứng theo công thức dưới đây:

Wood-OH + (CH3CO)2 → Wood-OCOCH3 + CH3COOH
Phản ứng trên có thể được tiến hành trong tướng khí hoặc tướng lỏng, nếu có đưa
vào chất xúc tác, phản ứng có thể được tiến hành nhanh hơn. Để xử lý đồng nhất nên tăng
thêm bước xử lý trương nở. Khi gỗ Acetol hoá, nếu hàm lượng gốc CH 3COO ít thì phản
ứng chỉ xảy ra trên bề mặt của bó Mixen, Nếu hàm lượng nhiều, thì ngay trong lịng sợi
Mixen cũng có thể Acetol hố.

17


2.2.3. Xử lý Cyanate
- Phản ứng Cyanate hóa
Cyanat hóa là dùng Cyanat tác dụng với gốc OH của gỗ sinh ra phản ứng, trên cơ
sở đó mà ổn định được kích thước của gỗ. Phương trình phản ứng như sau:

O

Chất xúc tác

O

Wood
OH+ R -N=C
-O -C-NHR
xúc tác Wood
dùng trong
ph
ảnứ ng
là
chất
hữu
cơcó tính

bay hơi như [HCOON(CH3)2]. Cyanate là tên chung, có kiểu là (R - N = O); kiểu 2 là (O = C = N - R

- N = C = O), thơng thường chúng đều là chất lỏng có mùi rất khó ngửi.

Ngồi ra cũng có thể sử dụng TDI, MDI, họ Cyatate hoặc hỗn hợp Cyatate với
Methacrylate tiến hành xử lý tướng khí ho ặc xử lý tướng lỏng. Cơ chế của phương pháp
này tương tự như xử lý Aceton hóa có thể dùng A - 5; B - 6 trong mơ hình cấu tạo xử lý
ổn định kích thước gỗ để giải thích. Do dung dịch xử lý có tác dụng trương nở đối với gỗ
là rất ít vì để nâng cao hiệu quả xử lý mà luôn luôn dùng chất xúc tác làm trương nở gỗ.
Sau đó mới tiến hành ngâm t ẩm Cyatate để xử lý. Phương pháp xử lý cụ thể có mấy loại
dưới đây:
[1] Dùng Cyatate kiểu 2 và Methylene Chloride có khối lượng bằng nhau tạo

thành hỗn hợp xử lý tướng lỏ ng.
[2] Dùng Cyatate hỗn hợp với [HCOON(CH3)2] xử lý tướng khí ở nhiệt độ 1300C.

Độ ẩm của gỗ xử lý càng cao thì tỷ lệ tăng trọng PL gi ảm đi; Nế u tỷ lệ tăng trọng của

PL trong gỗ tăng lên thì tỷ lệ trương nở ASE cũng tăng theo.
[3] Dùng Cyatate Benzen làm dung dịch xử lý, môi chất là N 2 xử lý tướng khí ở
nhiệt độ 200C, đặc điểm của phương pháp này là càng sát gần lớp mặt của gỗ thì phản
ứng càng thuận lợi, chất tạo thành của phản ứng hầu như đều liên kết giao nhau với thành
phần gỗ, tốc độ phản ứng r ất nhanh trong giai đoạn đầu. Tỷ lệ chống hút ẩm MEE và tỷ
lệ trương nở ASE của gỗ tuỳ thuộc vào sự gia tăng của lượng khí Nitơ mà tăng theo. Gỗ
xử lý ở điều kiện độ ẩm tương đối thấp có tính ổn định kích thước cao hơn khi độ ẩm
tương đối cao.

18


- Tính chất c ủa gỗ xử lý Cyatate
[1]. Tỷ lệ tăng trọng của gỗ được xử lý Cyatate từ 20 - 30% thì ngồi tính ổn định

kích thước tốt cịn có tính năng chố ng sự phá hoại của sinh vật rất tốt. Gỗ xử lý rất ổn
định trong điều kiện nước biển r ất tốt chống sùng hà, bền lâu. Thí nghiệm chứng minh
đại bộ phận Cyatate đều có thể xâm nhập vào vách tế bào mà có phản ứng với gốc OH
trong thành phần của gỗ, mà khơng phải chỉ có điền đầy trong gian bào, từ đó mà làm
thay đổi thành phần c ủa vách tế bào, tăng cường s ự chố ng phá hoại của sinh vật đối với
gỗ.
[2]. ứng suất uốn và nén của gỗ được xử lý đều được nâng cao đồng thời tuỳ

thuộc vào s ự tăng lên của hàm lượng cao phân tử mà tăng theo, không phát sinh hiện
tượng giảm đi của tính dẻo dai như khi xử lý bằng nhựa Phenol - Formaldehyd, ngược lại
lại có phần tăng lên. Nhưng đối với gỗ xử lý DMF thì tính dẻo và tính chịu mài mịn gi
ảm đi 25%. Gỗ dùng Cyatate kiểu 2 để xử lý tính chịu mài mịn cũng được cải thiện.
2.2.4. Xử lý Formol
Dùng Axit mạnh ho ặc xúc tác muối vô cơ dùng hơi Formol (FA) để xử lý vật liệu
Cellulose do phản ứng liên kết giao nhau của Formol, làm cho các chuỗi phân tử

Cellulose tăng thêm c ầu nối, từ đó dưới điều kiện tỷ lệ tăng trọng thấp (PL = 2 - 4%) có
thể làm cho vật liệu xử lý đạt được tỷ lệ trương nở cao, ASE = 60 - 70%
2.2.5. Xử lý bằng Urea
Đem gỗ ngâm vào trong dung dịch Urea 50% đối với gỗ có chiều dày 25 mm được
ngâm trong 10 ngày trong điều kiện nhiệt độ nhất định được sấy khơ đến độ ẩm 20 - 30%
sau đó gia nhiệt đến dưới 1000C, tiến hành uốn ép, sấy khơ định hình. Như đối với gỗ
Shan mao ju và Xiangshu sau khi được ngâm xử lý trong urea, tính năng uốn của nó có
thể đạt kho ảng 1/6.
Để thu được hiệu quả uốn nén càng tốt, trước khi uốn đem gỗ ngâm vào dung dịch
Urea đun nóng trong 15 - 20 phút. Khi cần uố n gỗ tương đối dày, cần phải duy trì độ ẩm
của gỗ trong khoảng 20 - 30%, sau đó dùng đai kim loại để uốn, đồng thời s ấy khơ đến
độ ẩm thích hợp. Khi ở điều kiện đó, đợi khi đã thành hình thì có thể tháo dỡ.

19


Trong thực tế của chuyên đề này, ở dạng dung dịch Urea bị thuỷ phân khi đun
nóng thành amơniac và khí CO2:

→to
H2N - CO – NH2
NH3 + CO2 + H2O
Vì vậy cơ chế hoá mềm, dẻo gỗ c ủa Urea cũng tương tự
amoniac. Một số phương pháp đưa hoá chất vào gỗ
Phương pháp ngâm tẩm hoá học được phân thành: phương pháp áp lực và phương
pháp thường.
- Phương pháp ngâm thường: phương pháp này được chia thành phương pháp ngâm và

phương pháp tẩm nóng l ạnh.
+ Phương pháp ngâm: Là dưới điều kiệ n nhiệt độ và áp suất trong phịng hoặc có

gia nhiệt. Đem gỗ ngâm vào trong dung dịch hố học có nồng độ thấp làm cho gỗ thấm
hút chất hố học.
+ Phương pháp ngâm tẩm nóng lạnh: nguyên lý là đem gỗ đặt trong dung dịch hoá

học được gia nhiệt ở điều kiện thường áp trong nhiều giờ tuỳ thuộc vào sự tăng cao nhiệt
độ bên trong mà lượng khơng khí bên trong giãn nở. Lúc này nhanh chóng đem gỗ xử lý
nhúng vào dung dịch hố học nguội. Do sự lạnh đột ngột khơng khí trong gỗ co lại, trong
lịng gỗ xuất hiện chân khơng cục bộ, dựa vào s ự chênh lệch áp xuất giữa bên trong gỗ
và dung dịch chất hoá học mà dung dịch hoá học bị thấm hút vào bên trong. Sự chênh
lệch nhiệt độ càng lớn thì s ự thấm hút dung dịch hoá học vào trong gỗ càng nhiều.
- Phương pháp tẩm áp lực:

Đem gỗ ngâm vào dung dịch hoá học trong thùng kín dưới áp suất nhất định dung
dịch hoá học sẽ được thấm vào gỗ. Các phưong pháp ngâm tẩm áp lực thường là phương
pháp tế bào đầy và phương pháp chân khô ng hai l ần.
Phương pháp này cho hiệu quả ngâm t ẩm rất cao và tiết kiệm dược hoá chất
nhưng giá thành cao, thiết bị phức tạp.
2.4 Ổn định gỗ bằng phƣơng pháp hoá nhi ệt
Ngồi phương pháp hố học là dùng hố chất thay đổi cấu chúc bên trong gỗ, người
ta còn dùng nhiệt để thay đổi cấu trúc của gỗ. Sử dụng nhiệt làm thay đổi cấu trúc của các
polime trong gỗ. Các thay đổi này có thể là các tính chất vật lý hoặc tính chất hố học. Sự

20


thay đổi các tính chất hố học thường là kết quả của nhiệt phá vỡ các c ấu thành hoá học
của gỗ.
2.5. Ổn định gỗ bằng phƣơng pháp Enzym
Trong những năm gần đây khi đứng trước những yêu cầu về môi trường người ta

đã nghĩ đến việc dùng Enzym trong biến tính gỗ. Trong khoa học hiện đại Enzym đóng
vai trò hết sức quan trọng và thường được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy.
Enzym lacase là phương pháp tiên tiến được sử dụng cho các liên kết dạng sợi
lignin cellulose bởi phản ứng oxy hoá phức chất phenol (từ thành phần lignin trong gỗ)
khi gốc phenol được tạo ra sẽ tạo cho gỗ có khả năng chố ng chịu với nước và tăng độ
bền. Phương pháp này cũng có thể áp dụng trong ván nhân tạo khi thay thế các loại keo
tổng hợp. Điều này có ý nghĩa rất lớn vì nó vừa tăng độ bền, giảm khả năng ô nhiễm môi
trường và tăng hiệ u quả kinh tế.
Cơ chế phản ứng theo phương pháp Enzym được diễn tả bởi hai hoạt động xảy ra
cùng một thời gian. Đầu tiên là cơ chế oxy hoá trực tiếp lignin trên bề mặt sợi gỗ, trong
khi đó số nhóm phenol gia tăng từ dạng lỏng và dần rắn lại. Sự gia tăng số nhóm phenol
này kéo theo các tính chất của gỗ thay đổi theo hướng có lợi cho sử dụng.
Cơ chế phản ứng:
OCH3

2.6. Ổn định gỗ bằng phƣơng pháp vật lý
2.6.1. Xử lý chống nƣớc
Xử lý chống nước bao gồm 2 mặt sau:
- Chố ng hút ẩm, xử lý tính năng chống hút nước.
- Chỉ xử lý kỵ nước qua tính năng chống hút ẩm.

21