1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGUYỄN VĂN DIỄN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THỦY - NHIỆT
ĐẾN CHẤT LƢỢNG GỖ BẠCH ĐÀN (Eucalyptus urophylla S.T. Blake)
LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN
H Nội - 2015
2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGUYỄN VĂN DIỄN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ THỦY - NHIỆT
ĐẾN CHẤT LƢỢNG GỖ BẠCH ĐÀN (Eucalyptus urophylla S.T. Blake)
Chuyên ng nh: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản
Mã số: 62 54 03 01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN
triển nông thôn đã giúp đỡ tôi về cơ sở pháp lý để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Lâm
nghiệp, tập thể cán bộ giáo viên Khoa Chế biến Lâm sản (nay là Viện Công nghiệp gỗ),
Trung tâm thí nghiệm và Phát triển Công nghệ, Phòng đào tạo Sau đại học, Thƣ viện,
các Phòng chức năng thuộc Trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ tôi về cơ sở vật
chất, trang thiết bị thí nghiệm và công sức để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Công nghệ giấy, xenlulo - Viện Kỹ thuật
hóa học của Trƣờng Đại học Bách khoa - Hà Nội, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc
gia vật liệu và linh kiện điện t - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
Phòng thí nghiệm của Viện vệ sinh dịch t Trung Ƣơng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp của
tôi, những ngƣời cùng công tác đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện, môi trƣờng làm
việc tốt nhất để tôi thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin g i lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
dành cho tôi những lời động viên, khích lệ giúp tôi hoàn thành luận án này./.
Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2015
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Văn Diễn
iii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan ........................................................................................................................i
Lời cảm ơn .......................................................................................................................... ii
iv
2.2.2. Các yếu tố thay đổi ............................................................................................ 29
2.3. Mục tiêu của luận án ................................................................................................... 29
2.3.1. Mục tiêu lý thuyết ............................................................................................. 29
2.3.2. Mục tiêu thực ti n.............................................................................................. 30
2.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 30
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................ 31
2.5.1. Phƣơng pháp kế thừa ......................................................................................... 31
2.5.2. Phƣơng pháp thực nghiệm................................................................................. 31
2.5.3. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng và s dụng tiêu chuẩn kiểm tra ................... 36
2.6. Ý nghĩa của Luận án ................................................................................................... 44
2.6.1. Ý nghĩa khoa học............................................................................................... 44
2.6.2. Ý nghĩa thực ti n ............................................................................................... 44
2.7. Những đóng góp mới của Luận án.............................................................................. 45
Chƣơng 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 46
3.1. Cơ sở khoa học của x lý gỗ ....................................................................................... 46
3.2. Lý thuyết về x lý thủy - nhiệt.................................................................................... 49
3.3. Cơ chế biến đổi tính chất gỗ trong x lý thuỷ- nhiệt ................................................ 51
3.3.1. Quá trình biến đổi của gỗ trong x lý thủy - nhiệt .......................................... 51
3.3.2. Cơ chế biến đổi khối lƣợng thể tích gỗ ............................................................. 52
3.3.3. Cơ chế biến đổi tính ổn định kích thƣớc gỗ ...................................................... 53
3.3.4. Cơ chế biến đổi tính chất cơ học của gỗ ........................................................... 54
3.3.5. Tính thấm ƣớt và khả năng dán dính ................................................................. 58
3.3.6. Màu sắc bề mặt .................................................................................................. 59
3.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt ....................................... 59
3.4.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ x lý đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt ..................... 60
3.4.2. Ảnh hƣởng của thời gian x lý đến chất lƣợng gỗ x lý thuỷ - nhiệt ................... 61
4.5.8. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến Độ bền kéo trƣợt màng keo và Độ
bong tách màng keo gỗ Bạch đàn ................................................................................... 104
4.5.9. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến sự thay đổi màu sắc và độ bền màu tự
nhiên gỗ Bạch đàn............................................................................................................ 112
4.5.9.1. Sự thay đổi màu sắc của gỗ Bạch đàn trƣớc và sau khi x lý thủy - nhiệt
......................................................................................................................................... 112
4.5.9.2. Biến màu tự nhiên của gỗ Bạch đàn sau khi x lý thủy - nhiệt ........ 115
4.5.10. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến cấu tạo gỗ Bạch đàn ............. 117
4.5.11. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến thành phần hoá học cơ bản gỗ Bạch
đàn .................................................................................................................................... 120
4.5.12. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến cấu trúc hóa học gỗ Bạch đàn phân
tích bằng FTIR ................................................................................................................. 125
4.5.12.1. Cấu trúc hóa học của gỗ phân tích bằng phổ hồng ngoại (FTIR) ........ 125
4.5.12.2. Cấu trúc hoá học của gỗ Bạch đàn phân tích bằng FTIR .................... 128
vi
4.5.13. Ảnh hƣởng của chế độ x lý thủy - nhiệt đến cấu trúc hóa học của gỗ Bạch đàn
bằng phân tích phổ nhi u xạ tia X (XRD) ....................................................................... 131
4.5.13.1. Khái niệm về phổ nhi u xạ tia X (XRD) ............................................. 131
4.5.13.2. Tính toán độ kết tinh của xenlulo ........................................................ 132
4.5.13.3. Kết quả phân tích cấu trúc hóa học của gỗ Bạch đàn bằng phân tích phổ
nhi u xạ tia X (XRD) ....................................................................................................... 133
4.6. Vùng phù hợp của thông số công nghệ x lý thủy - nhiệt cho gỗ Bạch đàn ............ 135
4.6.1. Xác định vùng phù hợp các tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ Bạch đàn
x lý thủy - nhiệt .............................................................................................................. 135
4.6.2. Phân tích đánh giá chỉ tiêu nhƣ màu sắc, thành phần hóa học cơ bản, cấu tạo và cấu
%
Nhiệt độ
0
3
Diễn giải
Đơn vị
%
C
5
τ
ms
Thời gian
Khối lƣợng mẫu sau khi ngâm
6
mo
Khối lƣợng mẫu khô kiệt
g
%
11
Vs
Thể tích mẫu sau ngâm
cm3
12
Vo
Thể tích mẫu sau sấy
cm3
13
K
Khối lƣợng thể tích gỗ khô kiệt
14
m0
Khối lƣợng gỗ khô kiệt
MPa
19
COM T
Độ bền nén dọc thớ theo chiều tiếp tuyến
MPa
20
COM//
Độ bền nén dọc thớ
MPa
21
Rmax
Độ nhám bề mặt
µm
22
k
26
S
27
SEM
Sai số của số trung bình mẫu
Kính hiển vi điện t quét
SEM
28
FTIR
Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
FTIR
29
XRD
phổ nhi u xạ tia X
XRD
25
2.1
Sơ đồ tổng quát quá trình nghiên cứu thực nghiệm của Luận án
32
2.2
Máy đo độ nhám bề mặt mẫu
39
2.3
Vị trí đo màu trên bề mặt gỗ Bạch đàn Uro
40
2.4
Máy quét SEM S-4800
41
3.1
Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ
Quá trình nhiệt giải của hemixenlulo trong gỗ
55
3.7
57
3.8
Quá trình nhiệt giải của xenlulo
Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình x lý nhiệt
4.1
Sơ đồ công nghệ x lý thuỷ - nhiệt
66
4.2
Thiết bị x lý thuỷ nhiệt
68
4.3
Kích thƣớc mẫu xác định độ bền uốn tĩnh
71
4.8
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với độ bền uốn tĩnh
91
4.9
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với Độ bền nén dọc thớ (COM//)
94
4.10
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với COM R
97
4.11
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với COM T
99
4.12
Biểu đồ quan hệ giữa chế độ x lý với Độ nhám bề mặt (Rmax)
102
4.18
Mặt cắt tiếp tuyến của gỗ Bạch đàn chƣa x lý thủy-nhiệt
118
4.19
Mặt cắt tiếp tuyến của gỗ Bạch đàn sau khi x lý thủy-nhiệt ở nhiệt độ 200
o
C, thời gian 3 h
119
4.20
Hình dạng miệng lỗ thông ngang trên vách tế bào sợi gỗ Bạch đàn
119
4.21
Sự thay đổi của thành phần hoá học của chế độ x lý thuỷ - nhiệt
121
4.22
Đƣờng xylose trong môi trƣờng acid tách nhóm acetyl tạo thành acid
Sơ đồ nguyên lý đo phổ hồng ngoại
126
4.28
Phổ hồng ngoại của mẫu Bạch đàn không x lý
4.29
128
0
129
0
Phổ hồng ngoại của mẫu Bạch đàn ở nhiệt độ 120 C và thời gian 3h
4.30
Phổ hồng ngoại của mẫu Bạch đàn ở nhiệt độ 200 C và thời gian 3h
129
4.31
Phƣơng pháp đo tính độ kết tinh của xenlulo
132
Đặc điểm một số công nghệ x lý nhiệt hiện nay
8
1.2
Phân loại và ứng dụng gỗ x lý nhiệt theo công nghệ ThermoWood
24
2.1
Bảng kế hoạch thực nghiệm
35
2.2
Mức, bƣớc thay đổi các biến số
36
2.3
Ma trận quy hoạch thực nghiệm
36
4.1
Độ bền uốn tĩnh của gỗ Bạch đàn
90
4.7
Độ bền nén dọc thớ của gỗ Bạch đàn
93
4.8
Độ bền nén ngang thớ theo chiều xuyên tâm (COM R) của gỗ Bạch đàn
96
4.9
Độ bền nén ngang thớ theo chiều tiếp tuyến (COM T) của gỗ Bạch đàn
98
4.10
Độ nhám bề mặt (Rmax) của gỗ Bạch đàn
101
4.11
Phân vùng của phổ hồng ngoại
126
4.17
Thuộc tính phổ FTIR của gỗ Bạch đàn
130
4.18
Chia trọng số các tính chất
135
1
MỞ ĐẦU
Gỗ là vật liệu không đồng nhất và không đẳng hƣớng, vì thế làm cho gỗ có tính
chất co rút, dãn nở, cong vênh, nứt nẻ, hút, nhả ẩm,… dẫn đến thay đổi kích thƣớc theo
các chiều khác nhau gây khó khăn trong quá trình gia công, chế biến và s dụng gỗ.
Tính chất cơ học, vật lý và công nghệ là chỉ tiêu quan trọng đánh giá phẩm chất gỗ, thế
nên các nhà khoa học luôn luôn hƣớng đến các nghiên cứu nhằm cải thiện và hạn chế
những nhƣợc điểm của bản thân gỗ mang lại. Con ngƣời đã xác định các tính chất cơ
học, vật lý và các tính chất khác của gỗ để ứng dụng hiệu quả từng loại gỗ vào các mục
đích phù hợp. Gỗ rừng trồng, không những có nhiều yếu điểm về độ bền so với gỗ rừng
tự nhiên, mà còn thƣờng có tính thẩm mỹ không cao, màu sắc, vấn thớ xấu không đƣợc
lý thuỷ nhiệt có tính ổn định kích thƣớc cao, tăng độ nhẵn bề mặt gỗ, khả năng chống
mối mọt, thay đổi màu sắc gỗ từ nhạt sang đậm giống các loại gỗ quý và độ bền màu tự
nhiên tăng so với gỗ không x lý. Đặc điểm hết sức quan trọng của phƣơng pháp này là
không dùng hoá chất do đó rất thân thiện với môi trƣờng và con ngƣời. Trên thế giới
phƣơng pháp biến tính nói chung và phƣơng pháp x lý thuỷ - nhiệt nói riêng đã phát
triển mạnh nhƣng ở Việt Nam vấn đề thuỷ - nhiệt gỗ vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu. Vì thế
để nâng cao chất lƣợng và s dụng hợp lý gỗ nhƣng không gây ô nhi m môi trƣờng,
nguyên liệu mục tiêu của hƣớng nghiên cứu lựa chọn một loại gỗ rừng trồng đang đƣợc
s dụng rộng rãi ở nƣớc ta với nhiều ƣu điểm về tốc độ sinh trƣởng, màu sắc, trữ
lƣợng... để x lý bằng phƣơng pháp thuỷ - nhiệt.
Cho đến nay, các công trình nghiên cứu về phƣơng pháp x lý nhiệt và thủy nhiệt cho gỗ vẫn thƣờng s dụng trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc, kết hợp với phƣơng pháp thực nghiệm để cho kết quả. Tuy nhiên, các kết
quả nghiên cứu đó chỉ phù hợp với điều kiện cụ thể, để ứng dụng phƣơng pháp này tại
Việt Nam thi cần có nghiên cứu phù hợp với điều kiện hiện tại trong nƣớc, cần có tính
hệ thống và cơ sở khoa học nhằm ứng dụng các kết quả nghiên cứu của phƣơng pháp
x lý thủy - nhiệt này.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành luận án: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ xử lý thủy - nhiệt đến chất lượng gỗ Bạch đàn (Eucalyptus
urophylla S.T. Blake)”, nhằm có đƣợc những căn cứ khoa học xác đáng, thúc đẩy phát
triển công nghệ biến tính gỗ nói chung và x lý thủy - nhiệt nói riêng cho ngành Công
nghệ gỗ, mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả s dụng nguồn nguyên liệu và đa dạng
hóa loại hình sản phẩm.
3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái niệm về biến tính gỗ v xử lý thủy - nhiệt
1.1.1. Khái niệm biến tính gỗ [41],[42]
Callum Hill (2006) trong cuốn ―Wood modification: chemical, thermal and
4
B: Các hình thức thay đổi trong tế bào gỗ do biến tính, từ trái sang phải: (B1) hóa
chất tích tụ ở ruột tế bào, (B2) hóa chất tích tụ ở vách tế bào, (B3) hoá chất có phản
ứng với nhóm hydroxyl của xenlulo (liên kết một phía), (B4) hoá chất tạo cầu nối với
các chuỗi xenlulo (liên kết hai phía), (B5) thay đổi cấu trúc vách tế bào (dựa vào minh
hoạ của Norimoto, (2001)).
Tuỳ theo các tác nhân biến tính và đặc điểm quá trình tác động lên cấu trúc tế bào,
biến tính gỗ có thể đƣợc chia thành: biến tính hoá học, vật lý và hóa cơ.
1.1.2. Khái niệm xử lý thuỷ - nhiệt [21],[28],[36],[41],[42],[43]
X lý thủy - nhiệt là quá trình làm thay đổi một số tính chất vật lý, cơ học, sinh
học và tính chất công nghệ của gỗ dƣới tác dụng của nhiệt độ cao khi x lý gỗ ở trong
môi trƣờng nƣớc hoặc hơi nƣớc, sau đó đƣợc gia nhiệt bằng phƣơng pháp sấy.
Nhiệt độ của môi trƣờng trong x lý thuỷ - nhiệt cho gỗ dao động từ 120°C đến
200°C. Ở nhiệt độ thấp hơn 100°C, tính chất vật liệu gỗ thay đổi không đáng kể, nhƣng
nếu nhiệt độ lớn hơn 200°C, gỗ sẽ bị phá huỷ nghiêm trọng, đặc biệt là cƣờng độ của
gỗ giảm đáng kể. Các quá trình x lý thuỷ - nhiệt hiện nay giới hạn nhiệt độ x lý
không vƣợt quá 200°C và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ:
- Thời gian và nhiệt độ của quá trình x lý
- Loại gỗ
- Độ ẩm của gỗ trƣớc khi x lý
- Kích thƣớc của mẫu gỗ đƣợc x lý
X lý thuỷ - nhiệt là quá trình x lý 2 giai đoạn:
1. X lý thủy - nhiệt :
120 °C - 200 °C
Làm khô sơ bộ
Hong phơi tự nhiên
6
2.2. Tổng quan nghiên cứu về xử lý nhiệt v thủy – nhiệt
Các công trình nghiên cứu gỗ biến tính đã đƣợc thực hiện từ khá lâu. Sản phẩm gỗ biến
tính có nhiều tính chất đƣợc cải thiện so với gỗ nguyên. Từ xa xƣa, con ngƣời đã dùng
nhiều các biện pháp truyền thống mang tính thủ công để bảo quản gỗ và thay đổi màu
sắc gỗ… bằng việc ngâm gỗ ở các ao hồ, tiếp theo đó là x lý làm dẻo cho gỗ nhƣ hấp,
luộc gỗ thông qua quá trình truyền nhiệt vào trong gỗ để ứng dụng chế biến sản xuất gỗ
cho các mục đích khác nhau của sản phẩm. Ngay nay, công nghệ s dụng nhiệt làm
thay đổi, nâng cao chất lƣợng gỗ đƣợc ứng dụng rộng rãi và khác nhau. Tuy nhiên, với
một xu hƣớng chung là ―Nâng cao chất lƣợng gỗ‖, trong luận án nay tập trung trình
bày các phƣơng pháp x lý nhiệt nói chung và x lý thủy - nhiệt nói riêng.
2.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
2.2.1.1. Các phương pháp xử lý nhiệt hiện nay
Từ những năm 1915, báo cáo của Tiemann [69] đã đề cập đến, gỗ sau khi sấy ở
nhiệt độ 1500C trong thời gian 4h, tính hút ẩm giảm 10-25%, nhƣng cƣờng độ của gỗ
cũng có sự giảm nhẹ. Đến năm 1937, trong báo cáo của Stamm và Hansen [65] thể
hiện, x lý nhiệt trong điều kiện có các loại chất khí bảo vệ, độ ẩm bão hòa của gỗ, tỉ lệ
co rút, giãn nở của gỗ đều giảm xuống. Sau đó, các phƣơng pháp x lý nhiệt đƣợc phát
triển mạnh và đƣợc cấp bằng sáng chế đó là 5 công nghệ điển hình, cụ thể ở các nƣớc
Châu Âu nhƣ Hà Lan, Pháp, Đức, Phần Lan đã thiết lập đƣợc 5 công nghệ biến tính nhiệt
điển hình nhƣ: PlatoWood của Hà Lan, Le Bois Perdure và Rectification của Pháp,
ThermoWood của Phần Lan, OHT-Oil Heat Treatment của Đức; trên cơ sở các công
nghệ đó, đã đăng ký các bằng phát minh sáng chế và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất công nghiệp. Tất cả 5 công nghệ x lý nhiệt này, có điểm chung là gỗ phải chịu
nhiệt độ gần hoặc trên 2000C trong vài giờ trong môi trƣờng không khí với hàm lƣợng
oxy thấp. Các loại hình x lý này, có chung một đặc điểm là một số tính chất cơ học
giảm, tính ổn định kích thƣớc và độ bền sinh học tăng lên mà không cần thêm các hóa
chất bên ngoài và chất bảo quản [21].
8
Dƣới đây là bảng so sánh đặc điểm của các công nghệ x lý nhiệt gỗ hiện nay
[28],[61],[68],[74].
Bảng 1.1. Đặc iểm một số công nghệ xử lý nhiệt hiện nay
Tên công nghệ
Chất bảo vệ
Độ ẩm ban ầu
Nhiệt ộ xử lý
(oC)
Giá
thànha(€/m3)
ThermoWood
Hơi nƣớc
Gỗ tƣơi hoặc gỗ
sấy
180-250
-
Retification
Dầu thực vật
180-220
65-95
Gỗ phơi khô
a
Ghi chú: Không bao gồm giá thành nguyên liệu
Theo tổng kết x lý nhiệt cho gỗ của mạng lƣới Châu Âu chuyên đề cho gỗ biến
tính đƣợc tổ chức Hội thảo tại Pháp gồm các quy trình sau:
a) Quy trình ThermoWood của Phần Lan [21]
Tuula Syrjänen, Kestopuu Oy (2001), báo cáo ―sản xuất và phân loại gỗ x lý
nhiệt tại Phần Lan‖: Ở Phần Lan x lý nhiệt gỗ bắt đầu vào đầu những năm 1990 khi
nhà máy x lý đầu tiên đƣợc xây dựng ở Mänttä. ThermoWood, đã đƣợc phát triển tại
Trung tâm nghiên cứu Phần Lan VTT cùng với ngành công nghiệp Phần Lan. Hiện
nay, các nhà sản xuất liên kết ở các dự án nghiên cứu, đặc biệt là trong đó nhằm mục
đích kiểm soát chất lƣợng và phân loại x lý nhiệt gỗ. Theo Hiệp hội quá trình
ThermoWood có thể chia thành ba giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: Nhiệt độ tăng và thiết bị x lý nhiệt độ cao. Nhiệt độ thiết bị x lý
đƣợc nâng lên với tốc độ nhanh chóng bằng cách s dụng nhiệt và hơi nƣớc lên một
mức độ khoảng 1000C. Sau đó nhiệt độ tăng dần đến 1300C trong thời gian đó sấy ở
nhiệt độ cao di n ra và độ ẩm trong gỗ giảm xuống gần nhƣ bằng không.
- Giai đoạn 2: X lý nhiệt: Khi các lò sấy nhiệt độ cao đã di n ra các nhiệt độ
bên trong lò tăng lên đến một mức độ giữa 1500C và 2400C, duy trì nhiệt độ cần đặt
(không đổi) trong 0,5 đến 4 giờ tùy thuộc vào ứng dụng s dụng cuối cùng.
so sánh giữa hai môi trƣờng x lý dầu và không khí thƣờng, thông qua kết quả cho
thấy hệ số chống trƣơng nở (ASE): ở nhiệt độ 1800C x lý bằng dầu thấp hơn x lý
bằng không khí thƣờng, ở nhiệt độ 2000C x lý trong môi trƣờng dầu cao hơn x lý
10
trong môi trƣờng không khí thƣờng và ở nhiệt độ 2200C thì x lý trong môi trƣờng dầu
thấp hơn một ít so với x lý trong môi trƣờng không khí thƣờng. Mô đun đàn hồi
(MOE) và mô đun uốn (MOR): cả hai tính chất này thì x lý bằng dầu đều cao hơn x
lý bằng không khí thƣờng, mô đun đàn hồi (MOE) đạt đến 11.000 N/mm2 trong môi
trƣờng dầu ở nhiệt độ là 2000C.
d) Quy trình PLATO®-WOOD của Hà Lan
Holger Militz và Boke Tjeerdsma (PLATO-PROCESS) [21]; The Plato
technology (PLATO®-WOOD: 2006) [28]: Từ năm 1995 một đội ngũ kỹ sƣ Plato đã
phát triển công nghệ lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm của Hoàng gia Hà Lan. Nhiệt
độ và áp suất trong quá trình này là lập trình cẩn thận và phù hợp cho từng loại của các
loài gỗ đƣợc s dụng. Các loài gỗ đƣợc x lý đã đƣợc kiểm tra để thiết lập phù hợp và
điều kiện quá trình tối ƣu của nó. Điều này đã tạo nên một sản phẩm gỗ ổn định kích
thƣớc và bền, phạm vi của các ứng dụng sản phẩm gỗ (hàng rào khu vƣờn, gỗ ốp tƣờng
và khung, khuôn cƣa), tiếp theo từ năm 2000 hàng trăm các công ty sản xuất và các dự
án đã đƣợc thực hiện tại Hà Lan, Bỉ và Đức, vì thế khẳng định và phản ánh tiềm năng
kinh tế của của công nghệ này [28]. Quy trình Plato s dụng các giai đoạn khác nhau,
giai đoạn 1 là giai đoạn x lý và kết hợp liên tục bƣớc thủy nhiệt phân và giai đoạn 2 là
giai đoạn sấy đa tụ (curing). Mục đích của giai đoạn 1 là Tác động của thủy nhiệt phân,
trong kết quả x lý Plato là sự xuất hiện của biến đổi các thành phần hóa học khác
nhau, s dụng sự hiện diện của độ ẩm dồi dào trong vách tế bào gỗ để thủy nhiệt phân
nhằm hòa tan các chất chiết xuất và tiền thủy phân hemixenlulo và lignin, hạn chế các
phản ứng của các chất không muốn, nhiệt độ x lý trong giai đoạn này từ 1500C 1900C trong môi trƣờng hơi nƣớc, giải đoạn 2 là giai đoạn sấy đa tụ nhằm đóng rắn các
chất và kết hợp các chất lại với nhau thành một chất mới, nhiệt độ của giai đoạn này từ
đƣợc đặt trong một khoang thép không gỉ, chứa đầy nƣớc. Mẫu đƣợc x lý ở nhiệt độ
1600C, 1800C và 2000C trong 4, 5 và 6 giờ. Mẫu gỗ đã x lý đƣợc ngâm trong nƣớc 24
giờ, sau đó sấy khô, chu kỳ ngâm/sấy đƣợc lặp đi lặp lại 7 lần. Kết quả cho thấy ASE,
WRE tăng và khối lƣợng thể tích bị giảm nhẹ [22].
P.Rezayati Charani và cộng sự (2007) ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ x lý
thuỷ nhiệt đến sự ổn định kích thƣớc của gỗ sồi‖. Mẫu gỗ đƣợc x lý ở nhiệt độ khác
nhau (1500C, 1600C, 1700C) và thời gian khác nhau (1giờ, 3 giờ, 5 giờ và 7 giờ) trong
lò phản ứng. Kết quả hệ số chống trƣơng nở tăng và khối lƣợng thể tích giảm cùng với
tăng nhiệt độ tiếp xúc và thời gian, ASE cao nhất là 47,43% thu đƣợc ở nhiệt độ 1700C
thời gian 1 giờ, nhƣng x lý ở nhiệt độ 1700C ASE có xu hƣớng giảm khi thời gian x
12
lý tăng. Hiệu suất chống hút nƣớc (WRE) của mẫu gỗ đƣợc x lý ở 1600C, 1700C cao
hơn nhiều so với 1500C trong thời gian 1 giờ. Trong thời gian 3 giờ, 5 giờ, giá trị
WRE lớn hơn ở 1500C hơn 1600C và 1700C. Ở 1500C, 1600C, 1700C trong thời gian 1
giờ thì giá trị WRE gần bằng nhau. WRE lớn nhất là 22,20% thu đƣợc khi x lý ở nhiệt
độ 1700C trong thời gian 1 giờ [57].
b) Các công trình nghiên cứu về tính chất cơ học của gỗ
Kết quả nghiên cứu của Hiroshi Jnno (1993), Misatonrimoto và Joeseph Gril
cho thấy x lý gỗ ở 1800C từ 3 giờ - 10 giờ với áp suất thƣờng làm cho cƣờng độ, và
đặc biệt là mô đun đàn hồi của gỗ tăng nhẹ [5],[11].
Inga JUODEIKIENĖ (2009), đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của x lý thủy - nhiệt
đến cƣờng độ nén và uốn tĩnh của gỗ Thông. Các mẫu đƣợc x lý 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 x lý nhiệt trong thời gian giảm xuống so với gỗ ban đầu. Những kết quả này chỉ
ra rằng nhiều thay đổi đáng kể đạt đƣợc trong quá 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 liên quan
đến việc thay đổi kết cấu gỗ. Phá hủy hệ thống hemixenlulo sớm hơn so với xenlulo và
khối lƣợng và thời gian x lý, %/h) tăng khi nhiệt độ x lý tăng, cụ thể khi nhiệt độ
tăng từ 170 oC đến 200 oC, thì tốc độ giảm khối lƣợng của gỗ thông tăng từ 0,20%/h
đến 1,03%/h.
Alén và đồng nghiệp [19] đã chỉ ra, khi tỉ lệ giảm khối lƣợng trong phạm vi 1,5%
(điều kiện x lý 180oC, 4h) đến 12,5% (điều kiện x lý 225oC, 6h), thì tỉ lệ giảm khối
lƣợng cũng tăng lên khi nhiệt độ tăng.
Căn cứ bằng phát minh sáng chế của Viitanienmi [85], nếu muốn thu đƣợc gỗ
có tính ổn định kích thƣớc cao cần x lý với tỉ lệ giảm khối lƣợng khoảng 3%, và khi tỉ
lệ giảm khối lƣợng là 5% thì có thể nâng cao tính bền của gỗ.
e) Các công trình nghiên cứu về tính chất công nghệ của gỗ xử lý nhiệt
Derya Sevim Korkut , Bilgin Guller (2007), đã nghiên cứu ―Ảnh hƣởng của x
lý nhiệt trên tính chất vật lý và độ nhám bề mặt gỗ Phong đỏ (Acer trautvetteri
Medw)‖. Nhiệt độ x lý là 1200C, 1500C và 1800C; Thời gian x lý là 2h, 6h và 10h,
mẫu gỗ kiểm tra khối lƣợng thể tích và độ trƣơng nở (20x20x30mm) và mẫu gỗ kiểm
tra độ nhẵn bề mặt (50x50x50mm) đƣợc thực hiện theo một số tiêu chuẩn Thổ Nhĩ Kỳ
và ISO, đƣợc thực hiện trên máy bào cố định dao cắt với tốc độ 1 m/s và độ nhọn lƣỡi
Copyright: Tài liệu đại học ©