BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
TRẦN HỮU THÀNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ
BẰNG DUNG DỊCH AMONIAC, TỶ SUẤT NÉN ĐẾN CHẤT LƯỢNG
GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) BIẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP
HOÁ DẺO – NÉN ÉP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Tây - 2006
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
TRẦN HỮU THÀNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN XỬ LÝ
BẰNG DUNG DỊCH AMONIAC, TỶ SUẤT NÉN ĐẾN CHẤT LƯỢNG
GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis Pierre) BIẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP
HOÁ DẺO – NÉN ÉP
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60-52-24
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hướng dẫn khoa học: TS. Trần Văn Chứ
LỜI CẢM ƠN
Hà Tây – 2006
LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần
Văn Chứ, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận
văn.
Cảm ơn Khoa Sau Đại Học - Trường Đại học Lâm nghiệp, cùng các thầy cô
giáo, toàn thể cán bộ Trung tâm thực nghiệm và chuyển giao kỹ thuật Công nghiệp
rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Cục chế biến nông lâm sản và nghề
muối đã đóng góp ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Cảm ơn các cán bộ kỹ thuật của Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công
nghệ công nghiệp rừng và Phòng thí nghiệm Trường Đại học Lâm nghiệp; Phòng
Tài nguyên thực vật rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã hướng dẫn kỹ
thuật và hỗ trợ các trang thiết bị nghiên cứu, thử nghiệm tốt nhất giúp tôi thực hiện
đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè cùng gia đình đã quan tâm
động viên khích lệ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Một lần nữa, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chung đối với tất cả mọi người đã
giúp đỡ và ủng hộ tôi!
Hà Tây, Tháng 8-2006
Tác giả
Trần Hữu Thành
MỤC LỤC
Trang bìa phụ
Trang
Lời cảm ơn
ĐẶT VẤN ĐỀ
1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
4
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
4
1.2. LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
5
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
5
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
7
1.3. MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
8
CỨU
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
8
1.3.2. Nội dung nghiên cứu
9
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
9
1.3.4. Phạm vi nghiên cứu
13
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
15
2.1. ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN VẬT LIỆU LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH
15
HOÁ DẺO - NÉN ÉP
2.1.1. Đặc điểm nguyên liệu gỗ
15
2.1.1.1. Các thành phần cơ bản của vật liệu gỗ là đối tượng nghiên cứu của
15
khoa học biến tính gỗ
2.1.1.2. Tính chất hút nước và thấu nước của vật liệu gỗ
17
2.1.1.3. Hóa chất Amoniac (NH3) và dung dịch amonihydroxyt (NH4OH)
18
2.2. LÝ THUYẾT BIẾN TÍNH GỖ
19
2.2.1. Khái niệm về quá trình biến tính hoá dẻo - nén ép gỗ
20
2.2.2. Biến đổi cấu trúc và tính chất của gỗ do tác động của nhiệt độ
21
2.2.3. Cơ chế hoá dẻo và nén ép gỗ
24
2.2.3.1. Cơ chế hóa dẻo gỗ
24
2.2.3.2. Xử lý hoá dẻo gỗ
26
2.2.3.3. Cơ chế nén ép gỗ
28
2.3. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ KHẢ NĂNG THẤM HOÁ CHẤT KHI
29
NGÂM GỖ
2.3.1. Khả năng thấm hóa chất theo nguyên lý khuyết tán
29
2.3.2. Khả năng thấm hóa chất theo nguyên lý mao dẫn
31
Chương 3. THỰC NGHIỆM
33
3.1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH GỖ BỒ ĐỀ THEO
33
PHƯƠNG PHÁP HOÁ DẺO – NÉN ÉP
3.2. CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU
34
3.2.1. Nguyên liệu gỗ bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre)
34
3.2.2. Hoá chất
40
3.3. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
40
3.4. BỐ TRÍ THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG GỖ BỒ
41
ĐỀ BIẾN TÍNH
3.4.1. Tạo phôi gỗ thí nghiệm
41
3.4.2. Hoá dẻo gỗ bồ đề
41
3.4.3. Để ráo
41
3.4.4. Nén ép phôi gỗ bồ đề
41
3.4.5. Sấy gỗ nén
43
3.4.5 Để gỗ nén ổn định trong phòng kín.
46
3.4.6. Cắt mẫu để kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng của gỗ nén theo các tiêu
43
chuẩn phù hợp
Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ
45
4.1. KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH GỖ BỒ ĐỀ BIẾN TÍNH
45
4.2. TỶ LỆ CO RÚT, DÃN NỞ, TRƯƠNG DÃN CỦA GỖ BỒ ĐỀ BIẾN
47
TÍNH
4.2.1. Tỷ lệ co rút tiếp tuyến
47
4.2.2. Tỷ lệ co rút xuyên tâm
50
4.2.3. Tỷ lệ dãn nở tiếp tuyến
51
4.2.4. Tỷ lệ dãn nở xuyên tâm
52
4.2.5. Tỷ lệ trương dãn tiếp tuyến
53
4.2.6. Tỷ lệ trương dãn xuyên tâm
54
4.3. ĐỘ BỀN UỐN TĨNH CỦA GỖ BỒ ĐỀ BIẾN TÍNH
55
4.3.1. Độ bền uốn tĩnh tiếp tuyến
55
4.3.2. Độ bền uốn tĩnh xuyên tâm
58
4.4. GIỚI HẠN BỀN NÉN DỌC THỚ
59
4.5. KHẢ NĂNG TRANG SỨC BỀ MẶT CỦA GỖ BỒ ĐỀ SAU KHI
61
ĐƯỢC XỬ LÝ AMONIAC
4.6. KẾT QUẢ GIẢI PHẪU GỖ BỒ ĐỀ BIẾN TÍNH
63
4.7. GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU
67
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
68
KẾT LUẬN Và KHUYẾN NGHỊ
76
KẾT LUẬN
76
KHUYẾN NGHỊ
77
Tài liệu tham khảo
Phần phụ biểu
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Cùng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành khoa học vật liệu đã phát
triển mạnh mẽ và tạo ra nhiều loại vật liệu mới phục vụ cuộc sống của nhân loại,
ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực như giao thông, xây dựng, chế tạo máy, điện
tử, viễn thông, y tế…và hiện nay các nhà khoa học đang quan tâm nghiên cứu
những công nghệ kỳ diệu khác như công nghệ nano (vật liệu có kích thước 1-100
nm). Trong đó, các loại vật liệu như kim loại, plastic, composite… đã thay thế vật
liệu gỗ để sản xuất đồ nội, ngoại thất, kết cấu xây dựng, giao thông… vì có thể
được sản suất hàng loạt với mức độ đồng đề cao và giá thành thấp.
Tuy nhiên, so với nhiều vật liệu khác, gỗ vẫn là một loại vật liệu có hệ số
phẩm chất cao, có khả năng cách nhiệt, cách âm, hệ số dãn nở vì nhiệt nhỏ, vân thớ
đẹp, dễ gia công chế biến, trang sức bề mặt… Vì vậy, nhu cầu của xã hội về gỗ và
sản phẩm gỗ ngày càng tăng cả về khối lượng và chất lượng. Thực tế đã chứng
minh, các quốc gia có nền công nghiệp càng phát triển tiêu thụ gỗ càng nhiều. Theo
dự thảo “Chiến lược Lâm nghiệp quốc gia” [13], lượng tiêu thụ gỗ xẻ hàng
năm/1000 người tại các nước như sau: Ấn độ (7 m3); Trung quốc (12 m3); Malaysia
(109 m3); Thái Lan (75 m3); Hàn quốc (126 m3); Brazil (110 m3); Mỹ (420 m3); Đức
(216 m3).
Nhưng vật liệu gỗ cũng có một số nhược điểm như mềm xốp; dễ cháy; dễ hút
ẩm gây ra cong vênh, nứt nẻ, biến hình; tính chất cơ học thấp. Trong khi đó, đối với
một số lĩnh vực, vật liệu gỗ rất quan trọng, ít vật liệu khác có thể thay thế. Ví dụ,
tay đập, thoi dệt; bạc trục chân vịt tàu thuỷ, các chi tiết truyền động có khả năng
chịu mài mòn và tự bôi trơn; nhạc cụ, dụng cụ thể thao, tà vẹt…
Để khắc phục những nhược điểm và lợi dụng những đặc tính quý kể trên, các
nhà khoa học đã tìm nhiều giải pháp cải thiện tính chất và nâng cao giá trị sử dụng
của vật liệu gỗ. Vì vậy, khoa học biến tính gỗ đã ra đời và phát triển rất nhanh với
những giải pháp kỹ thuật hiện đại như hoá học cao phân tử, dùng tia γ thậm chí sử
dụng năng lượng nguyên tử. Cho đến nay, rất nhiều quốc gia có công nghiệp phát
2
triến như Nga, Mỹ, Pháp, Ba Lan, Ý, Đức, Nhật Bản, Trung quốc… đã quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ biến tính gỗ. Các sản phẩm gỗ biến tính được
ứng dụng rất phổ biến tại các quốc gia này và trên thị trường nói chung.
Công nghệ biến gỗ là một trong những biện pháp hữu hiệu để giải quyết vấn
đề khan hiếm nguyên liệu cũng như tạo ra các loại vật liệu có hệ số phẩm chất và
giá trị sử dụng tốt hơn gỗ nguyên. Theo xu thế chung của ngành công nghiệp chế
biến lâm sản, Việt Nam đang bắt đầu tiếp cận công nghệ biến tính gỗ với những giải
pháp đơn giản, phù hợp điều kiện kỹ thuật, thiết bị hiện có.
Theo quan điểm của chúng tôi, để phù hợp điều kiện sản xuất hiện tại của
Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ biến tính gỗ nên tập chung vào
phương pháp nhiệt hoá cơ, trong đó việc sử dụng hoá chất để hoá dẻo gỗ là có hiệu
quả nhất.
Với giải pháp hoá dẻo gỗ bằng hoá chất, các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến
mức độ hoá dẻo gỗ gồm loại gỗ, hoá chất, nồng độ hoá chất, thời gian xử lý, kích
thước phôi gỗ, áp lực ngâm tẩm… Trong quá trình nén ép, tỷ suất nén, chiều dày
phôi gỗ, nhiệt độ nén ép, phương pháp nén ép (nén kín hay nén hở, phương áp lực
nén), tốc độ nén… là các yếu tố quyết định khả năng tăng khối lượng thể tích và
ảnh hưởng đến các tính chất cơ học, vật lý của gỗ nén.
Trong quá trình công tác và nghiên cứu chúng tôi nhận thấy, cũng như một
số loại cây rừng trồng mọc nhanh khác, Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) là loại cây
có tốc độ sinh trưởng, phát triển nhanh, nhưng có nhược điểm là độ bền tự nhiên
kém, dễ bị cong vênh, biến hình, khó bảo quản, chưa đáp ứng yêu cầu làm nguyên
liệu sản xuất đồ mộc cao cấp, mộc xây dựng, trang trí nội thất, mộc giả cổ… Hiện
tại, gỗ Bồ đề chủ yếu được sử dụng để sản xuất giấy, diêm, bút chì, ván dán. Vì vậy,
những cây gỗ Bồ đề có đường kính lớn không được sử dụng hiệu quả sẽ gây lãng
phí, trong khi chúng ta đang thiếu nguyên liệu để sản xuất đồ gỗ.
Theo đó, yêu cầu thực tế đặt ra đối với các nhà khoa học, nhà sản xuất là
phải tìm các biện pháp nâng cao chất lượng, thẩm mỹ của gỗ rừng trồng mọc nhanh
nói chung, trong đó có gỗ Bồ đề.
3
Xuất phát từ yêu cầu trên, để góp phần đóng góp những công trình nghiên
cứu cơ bản trong công nghệ biến tính gỗ, được sự phân công của Trường Đại học
Lâm nghiệp, Khoa sau đại học, chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian xử lý bằng dung dịch
amoniac, tỷ suất nén đến chất lượng gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) biến
tính theo phương pháp hoá dẻo – nén ép”
4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến gỗ thế giới đang tìm các biện pháp
nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao chất lượng gỗ.
Đến cuối thế kỷ 20, ngành công nghiệp chế biến gỗ đã phát triển mạnh với
các dây chuyền sản xuất ván nhân tạo, giấy, công nghệ xẻ hiện đại như dùng laser,
tia nước áp lực cao... nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ.
Ngoài ra, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao chất lượng gỗ đã và đang
được quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo xu hướng này, hiện có 5
phương pháp biến tính gỗ, đó là nhiệt-cơ; nhiệt-hoá-cơ; hoá-cơ; hoá học và bức xạhoá học. Mục đích của các phương pháp trên đều nhằm nâng cao khối lượng thể
tích và độ bền của gỗ.
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng gỗ của Việt Nam đang tăng
nhanh, cả cho tiêu dùng nội địa và xuất khẩu. Năm 2005 kim ngạch xuất khẩu sản
phẩm gỗ đạt 1,5 tỷ USD, theo đó Chính phủ đã xếp sản phẩm gỗ vào nhóm 10 mặt
hàng xuất khẩu chiến lược.
Tuy nhiên, hiện nay ngành công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam đang phải đối
mặt với thực trạng thiếu nguyên liệu, hàng năm phải nhập khẩu khoảng 70-80%
nguyên liệu cho nhu cầu, trong đó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm
tỷ lệ rất lớn.
Trong khi đó, bằng nỗ lực của các Chương trình trồng rừng, ngành Lâm
nghiệp Việt Nam đã cung ứng được một sản lượng lớn gỗ rừng trồng. Tuy nhiên,
bên cạnh ưu điểm tăng trưởng nhanh, có khả năng tái sinh, nhưng gỗ rừng trồng còn
một số nhược điểm như gỗ mềm, khối lượng thể tích nhỏ, độ bền thấp.
Trong 5-10 năm tới, nguyên liệu gỗ sẽ càng khan hiếm vì các lý do sau: Một
mặt, cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghiệp chế biến gỗ, nhu cầu tiêu
dùng nguyên liệu gỗ sẽ tăng. Mặt khác, do áp lực của các Tổ chức môi trường quốc
5
tế, các Hiệp hội người tiêu dùng, buộc các Chính phủ phải xiết chặt quản lý hoạt
động khai thác và hạn chế xuất khẩu gỗ.
Đến nay, Việt Nam chỉ nhập khẩu 2 loại sản phẩm gỗ biến tính, đó là bạc
trục chân vịt tàu biển và tay đập thoi dệt cho ngành dệt. Nhưng chúng tôi cho rằng,
nhu cầu sử dụng gỗ biến tính ở Việt Nam trong những năm tới là rất lớn, bởi vì
nguồn nguyên liệu gỗ rừng tự nhiên, trong đó có các loại gỗ quý phục vụ chế biến
sản phẩm mộc truyền thống, mộc xây dựng, mộc cao cấp ngày càng khan hiếm.
Vì vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ biến tính gỗ nâng cao chất
lượng và độ bền gỗ rừng trồng là yêu cầu cấp bách đặt ra, góp phần nâng cao chất
lượng gỗ rừng trồng, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu liệu gỗ.
1.2. LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Vấn đề nghiên cứu trong đề tài này là hai quá trình hoá dẻo và nén ép thuộc
lĩnh vực sản xuất gỗ nén.
Những năm 1930, các nhà khoa học Nga đã nghiên cứu nén ép gỗ tạo ra thoi
dệt và tay đập của máy dệt. Sau đó, họ đã sử dụng phương pháp này để tạo ra những
chi tiết truyền động có khả năng chịu mài mòn, tự bôi trơn... Tuy nhiên, theo
phương pháp này, gỗ nén không ổn định hình dạng, luôn có xu thế đàn hồi trở lại.
Để khắc phục hiện tượng này, các nhà khoa học đã nghiên cứu đưa vào gỗ các hoá
chất dưới dạng monome hoặc polyme. Năm 1936, một số nhà khoa học Nga đã đưa
vào gỗ dung dịch Bakelit 5-10%.
Cũng khoảng những năm 1930, gỗ nén đã được nghiên cứu và ứng dụng tại
một số nước phát triển như: Nga, Đức, Mỹ, Nhật, Trung Quốc…để tăng độ bền tự
nhiên của gỗ bằng phương pháp nén ép tăng khối lượng thể tích gỗ sau khi đã hoá
dẻo bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Về mặt ứng dụng, Đức là nước đầu tiên sản xuất ra gỗ nén vào những năm
1930 và bán ra sản phẩm Lignstone làm thoi dệt, tay nắm công cụ, ống sợi…
Đầu năm 1932, tại Nga có hai giải pháp tăng tính chất cơ lý của gỗ bằng
phương pháp nén ép. Trong đó có phương pháp nén ép kết hợp việc làm nóng gỗ ở
6
trong môi trường hơi nước bão hoà hoặc gỗ được tẩm trước, gỗ được xử lý trong
môi trường độ ẩm cao để hoá mềm. Các nhà khoa học của trường Đại học
Varonhezơ và các Nhà máy chế tạo máy ở Varonhezơ đã dựa vào phương pháp
Khukhrenxki tạo ra phương pháp nén ép gỗ sản xuất các chi tiết máy.
Tác giả V.A. Bazenova [19] nhận xét, Viện Công nghiệp rừng Leningrat đã
tạo ra lý thuyết và ứng dụng gỗ tự nén.
Những năm 1950, một số nhà máy ở Thượng Hải, Bắc Kinh, Trung Quốc bắt
đầu nghiên cứu sản xuất các chi tiết gỗ uốn cong. Nhà máy đồ mộc Thượng Hải đã
xuất khẩu ghế gấp uốn cong với khối lượng lớn.
Những năm gần đây, Trường Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh – Trung Quốc
đã nghiên cứu uốn gỗ kết hợp hóa mềm bằng dòng điện cao tần, sử dụng kỹ thuật
xử lý bằng hóa chất và định hình uốn cong gỗ.
Gỗ nén có nhược điểm là kích thước không ổn định trong môi trường ẩm, dễ
hút ẩm đàn hồi trở về trạng thái ban đầu. Mặc dù đã có nhiều công trình nghiên cứu
về quá trình tạo gỗ nén, nhưng hiện tượng đàn hồi trở lại vẫn chưa được xử lý triệt
để và cần được tiếp tục nghiên cứu theo nhiều cách tiếp cận khác nhau.
Theo V. G. Matveeva [21, tr.24], khi tăng tỷ xuất nén, độ bền của gỗ sẽ tăng
lên mà không phụ thuộc vào phương pháp nén, với tỷ suất nén tối đa, độ bền của gỗ
tăng nhanh.
Các nhà khoa học Mỹ, Trung quốc đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian
ép, độ ẩm gỗ, nhiệt độ, áp lực ép đối với mức độ đàn hồi của gỗ nén. Kết quả
nghiên cứu cho thấy, khi nén ép ở nhiệt độ 170-180oC (nhiệt độ thuỷ tinh hoá biến
đổi), lignin được hoá dẻo và linh động, giảm nội ứng suất và gỗ nén tương đối ổn
định kích thước.
Các nước phát triển đã sử dụng nhiều phương pháp từ đơn giản đến phức tạp
để hoá dẻo gỗ trước khi (hoặc đồng thời) nén ép định hình như: hấp luộc; gia nhiệt
cao tần; gia nhiệt viba (phổ biến tại Nhật Bản và hiệu quả hoá mềm rất tốt); xử lý
bằng chất hoá học như xử lý kiềm, xử lý amoniac, urea.
7
Stamm là người đầu tiên sử dụng amoniac để hoá mềm gỗ vào năm 1955.
Phương pháp này có ưu điểm hoá mềm triệt để hầu như tất cả các loại gỗ lá rộng;
thời gian ngắn, áp lực nén thấp, ít phế phẩm và tỷ lệ phục hồi nhỏ. Các nhân tố ảnh
hưởng đến mức độ hoá mềm gỗ gồm thời gian, nhiệt độ, áp lực ngâm tẩm, biện
pháp xử lý sau khi hoá dẻo, và loại gỗ. Các tính chất của gỗ thay đổi sau khi được
hoá mềm bằng amoniac và sau quá trình nén ép với mức độ khác nhau, nhưng chưa
được nghiên cứu đầy đủ có tính hệ thống.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Việc nghiên cứu sử dụng các sản phẩm gỗ biến tính ở Việt Nam đến nay vẫn
còn rất hạn chế. Những năm 60 của thế kỷ 20, Nhà máy gỗ Cầu Đuống đã sản xuất
sản phẩm tay đập và thoi dệt từ ván mỏng dán ép nhiều lớp, có thể tạm coi đây là
sản phẩm gỗ biến tính đầu tiên ở Việt Nam, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ.
Cuối những năm 1980, Nguyễn Trọng Nhân và các cộng sự ở Viện Công
nghiệp rừng (Viện KHLN Việt Nam ngày nay [18] đã nghiên cứu tẩm dung dịch
Phenolformaldehyd và nén ép với tỷ suất nén 40-45% để biến tính gỗ mỡ để làm
thoi dệt, theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ. Kết quả đã nâng cao độ bền cơ học, độ
cứng gấp 2-3 lần gỗ mỡ nguyên.
Các tác giả Nguyễn Xuân Khu [6], [7], Đàm Bính [6], Nguyễn Vũ Lâm [8],
Lê Duy Phương [10] và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm
đối với khả năng thấm của một số loại thuốc bảo quản với các cấp nồng độ, loại gỗ
khác nhau. Tuy nhiên, lượng thuốc thấm vào gỗ là chỉ tiêu để đánh giá các quá trình
bảo quản gỗ, chưa thể hiện mức độ ảnh hưởng đối với các tính chất cơ học, vật lý
của gỗ.
Vũ Huy Đại [5] và các cộng sự ở Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu
ảnh hưởng của đơn yếu tố tỷ suất nén đến một số tính chất của gỗ biến tính.
Chúng tôi cho rằng, số công trình nghiên cứu biến tính gỗ tại Việt Nam còn
quá ít vì các nguyên nhân chủ quan và khách quan sau:
Trong suốt thời gian dài từ những năm 1960-1995, nguồn nguyên liệu gỗ tại
Việt Nam còn nhiều, chủ yếu là gỗ rừng tự nhiên, gỗ rừng trồng chưa nhiều và cho
8
đến nay, tâm lý sử dụng gỗ rừng tự nhiên vẫn chưa được thay đổi hoàn toàn đối với
đại bộ phận người dân Việt Nam.
Cùng với trình độ hạn chế của khoa học kỹ thuật trong nước, nhu cầu tiêu
dùng sản phẩm gỗ biến tính chưa nhiều, như đã nói hiện nay Việt Nam chỉ nhập hai
loại sản phẩm gỗ biến tính là bạc trục chân vịt tàu biển và tay đập thoi dệt cho
ngành dệt.
Công nghệ biến tính gỗ là một lĩnh vực bao gồm nhiều môn khoa học kỹ
thuật từ đơn giản đến phức tạp như đã nói, trong điều kiện hiện nay của Việt Nam,
các nhà khoa học mới chỉ bước đầu nghiên cứu mang tính hệ thống lý thuyết và các
công trình nghiên cứu cơ bản. Nhưng theo xu thế chung của thế giới, nhu cầu thực
tế của thị trường trong nước, trong tương lai không xa ngành công nghiệp chế biến
lâm sản Việt Nam sẽ quan tâm nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này như một đòi
hỏi khách quan, thông qua các hoạt động thương mại, du nhập sản phẩm, công
nghệ, thiết bị từ các nước có nhiều thành tựu về khoa học biến tính gỗ.
Để thực hiện đề tài này, chúng tôi lựa chọn vấn đề nghiên cứu là sự thay đổi
nồng độ, thời gian xử lý bằng dung dịch amoniac, tỷ suất nén khi tiến hành biến
tính gỗ theo phương pháp hoá dẻo-nén ép.
1.3. MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung
- Xác định các giải pháp công nghệ, kỹ thuật để nâng cao chất lượng của gỗ
biến tính.
- Tạo được loại gỗ biến tính từ gỗ rừng trồng, có chất lượng cao, tính chất cơ
học, vật lý đạt được các yêu cầu của nguyên liệu sản xuất đồ mộc truyền thống, đồ
mộc mỹ nghệ, trang trí nội thất và mộc xây dựng cao cấp như khung cửa, cánh
cửa...
Mục tiêu cụ thể
- Xác định ảnh hưởng của nồng độ, thời gian xử lý bằng dung dịch amoniac,
tỷ suất nén đến một số tính chất cơ bản của gỗ Bồ đề biến tính.
9
- Xác định được các thông số công nghệ (nồng độ hoá chất, thời gian xử lý,
tỷ suất nén) hợp lý khi biến tính gỗ.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số nồng độ, thời gian xử lý dung dịch
amoniac và tỷ suất nén đến chất lượng gỗ Bồ đề biến tính.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của amoniac đến khả năng trang sức của gỗ Bồ đề
sau khi biến tính.
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
1.3.3.1. Phương pháp kế thừa
- Kế thừa các kết quả nghiên cứu cơ bản về đặc điểm cấu tạo, tính chất chủ
yếu của gỗ Bồ đề.
- Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về khoa học biến tính
gỗ theo phương pháp nhiệt-hoá-cơ.
1.3.3.2. Phương pháp thực nghiệm
a) Lập thí nghiệm đa yếu tố theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc hai với ma
trận thực nghiệm, mức và bước thay đổi các thông số như bảng (1.1) và bảng (1.2).
Bảng 1.1. Mức, bước thay đổi các thông số
Các mức
Giá trị mã
Mức trên α
Giá trị thực
X1 (%)
X2 (ngày)
X3 (%)
+α
55
10
19
Mức trên
+
50
8
17
Mức cơ sở
0
45
6
15
Mức dưới
-
40
4
13
Mức dưới α
-α
35
2
11
10
Bảng 1.2. Ma trận quy hoạch thực nghiệm
N0
X1 (%)
X2 (ngày)
X3 (%)
ε (%)
τ (ngày)
N (%)
1
+
+
+
50
8
17
2
-
+
+
40
8
17
3
+
-
+
50
4
17
4
-
-
+
40
4
17
5
+
+
-
50
8
13
6
-
+
-
40
8
13
7
+
-
-
50
4
13
8
-
-
-
40
4
13
9
+α
0
0
55
6
15
10
-α
0
0
35
6
15
11
0
+α
0
45
10
15
12
0
-α
0
45
2
15
13
0
0
+α
45
6
19
14
0
0
-α
45
6
11
15
0
0
0
45
6
15
Trong đó:
X1 : Các cấp tỷ suất nén ε (%);
X2 : Thời gian ngâm gỗ τ (ngày);
X3 : Các cấp nồng độ dung dịch Amonihydroxyt (NH4OH);
Số lượng mẫu n được xác định theo công thức sau:
n = k(2m + 2m + 1)
Trong đó:
(1.1)
k: số lần lặp, k = 3;
m: số biến (yếu tố thay đổi), m = 3
Theo đó, số lượng mẫu n = 15
b) Sau khi cắt mẫu để kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng gỗ Bồ đề biến tính theo tiêu
chuẩn phù hợp, tiến hành xử lý số liệu thực nghiệm bằng lý thuyết thống kê toán
học để nghiên cứu ảnh hưởng chéo của các thông số đầu vào đến chất lượng và tìm
ra các thông số tối ưu với sự trợ giúp của Computer.
11
Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố
Để so sánh phương sai do sự thay đổi thông số gây nên và phương sai do
nhiễu gây nên, chúng tôi dùng chuẩn Fisher F để đánh giá. Nếu giá trị tính toán của
chuẩn F lớn hơn giá trị lý thuyết của chuẩn F (tra bảng) thì các giá trị trung bình có
sự khác biệt đáng kể, các thông số đầu vào (X 1,X2,X3 ) thực sự ảnh hưởng đến thông
số ra (giá trị/hàm mục tiêu Y) và trội hơn so với sự ảnh hưởng ngẫu nhiên.
F
2
Sy
(1.2)
S e2
Trong đó:
S y2 : Phương sai do sự thay đổi thông số đầu vào (X) gây nên
S y2
m N
(Y n Y 0 ) 2
N 1 u 1
(1.3)
2
S e : Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra
1
S
N
2
e
N
S
u 1
2
u
(1.4)
y0 : Giá trị trung bình chung của thông số đầu ra tính cho toàn bộ thực
nghiệm
Y0
1
N
N
y
u 1
(1.5)
u
Bậc tự do của S2y là 1 = N - 1; bậc tự do của S2e là 2 = N(m-1).
Giá trị thống kê chuẩn của F được tính sẵn theo mức ý nghĩa = 0,05, bậc tự
do 1, 2 được tra tại phụ lục tài liệu [8].
Nếu giá trị tính toán F < Fb thì thông số đầu vào ảnh hưởng không đáng kể;
nếu F > Fb thì các thông số đầu vào ảnh hưởng đáng kể đến thông số ra.
Xác định mô hình toán học
Hàm mục tiêu biểu thị các mô hình toán là phương trình hồi quy bậc 2 có
dạng tổng quát sau:
K
Y = b0 +
K
K
i 1
i 1 i 1
K
b i X i b ij X i X j b ij X 2i
i1
(1.6)
12
Trong đó, k: yếu tố ảnh hưởng;
các hệ số: b0, bi, bij, bii được tính sẵn bằng phần mềm vi tính OTP.
Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren
Gtt
2
S max
(1.7)
N
S
u 1
2
u
S2max : Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm; S2u: phương sai của thí nghiệm thứ
u với số lần lặp lại mu; Gtt: Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm.
Giá trị thống kê chuẩn Kohren (G) được tính sắn theo mức ý nghĩa , bậc tự
do và k theo bảng tra [9].
Nếu Gtt < Gb thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm.
Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất, cho phép coi cường độ nhiễu
là ổn định khi thay đổi các thông số trong thí nghiệm.
Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy
Các hệ số hồi quy b0, bi, bii, bij của phương trình (1.6) sẽ được kiểm tra mức ý
nghĩa theo tiêu chuẩn Student (đã được computer tính sẵn). Nếu có bất kỳ hệ số b i
nào đó không thoả mãn các điều kiện thì phương trình hồi quy có thể không tính
đến hệ số này.
Dùng tiêu chuẩn Fisher để kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy
S2
Ftt 2
Se
(1.8)
Trong đó, S2e : Phương sai do nhiễu tạo nên, là giá trị trung bình của các
bình phương độ lệnh nhiễu của các điểm thí nghiệm S2u.
S e2
1
N
N
S
u 1
2
u
(1.9)
S2 : Phương sai tuyển chọn.
Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực
Để mô phỏng sự ảnh hưởng của các thông số nghiên cứu đến các chỉ tiêu
quan tâm (hàm mục tiêu), phương trình hồi quy(1.6) cần được chuyển về dạng thực,
13
n
n
n
với xi = (Xi - Xi 0)/ei ta có: Y a 0 a i X i a ij X i X j
i 1
Trong đó:
(1.10)
i i j i
xi : Giá trị mã.
Xi : Giá trị thực của yếu tố thứ i.
Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ
Haimes [1, tr.67] là người đề xướng phương pháp trao đổi giá trị phụ để giải
bài toán tối ưu đa mục tiêu. Theo Haimes, bài toán tối ưu đa mục tiêu được chuyển
về bài toán một mục tiêu như sau: Y1
min
Với điều kiện: Yj(xi) < εj ; j ≠ 1 ; i = 1, 2,…, m
Hàm mục tiêu được biểu diễn theo phiếm hàm Lagrăngiơ dạng tổng:
m
F(x, λ) = Y1(x) + ∑ λji[Yj (x) - εj]; j ≠ 1
j≠1
Trong đó: λji : nhân tử Lagrăngiơ, có ý nghĩa như hàm trao đổi.
λji = ∂F/∂Yj , với x Є X và εj > 0
Tại điểm tối ưu: Y1(x*, λ*) = F (x*, λ*) và ∂F/∂xi = 0 và ∂F/∂ λji = 0
Từ đó giải hệ (n + m) phương trình:
∂F/∂xi = 0; i = 1, 2, …, n
Yj - εj = 0; j = 1, 2, …, m
đối với các ẩn xi và λji sẽ tìm được các giá trị x1*, x2*,…, xn* xác định cực trị của
hàm mục tiêu F. Căn cứ giá trị của λji*, chọn các giá trị εj để tìm lời giải phù hợp.
1.3.4. Phạm vi nghiên cứu
Với nội dung nghiên của của một Bản luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, chúng tôi
xác định phạm vi nghiên cứu sau:
1.3.4.1. Các yếu tố cố định
- Nguyên liệu: Trong đề tài này, chúng tôi chọn loại gỗ Bồ đề (Styrax
tonkinensis Pierre) 7 tuổi được khai thác tại huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ.
- Hoá chất: dung dịch amonihydroxyt (NH4OH) có nồng độ 25%, nguồn gốc
tại công ty cổ phần hoá chất Việt Nam, địa chỉ: Số 18/44 đường Đức Giang, Long
Biên, Hà Nội.
- Phương pháp ngâm thường, ép kín, nhiệt độ ép không thay đổi T = 150oC.
14
1.3.4.2. Các yếu tố thay đổi
Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn các yếu tố thay đổi sau:
- Các cấp nồng độ dung dịch Amonihydroxyt (NH4OH):
N (%) : 11; 13; 15; 17; 19
- Các cấp tỷ suất nén ε (%)
: 35; 40; 45; 50; 55
- Thời gian ngâm gỗ τ (ngày): 2; 4; 6; 8; 10
1.3.4.3. Các đại lượng cần xác định đối với gỗ Bồ đề biến tính
Để đánh giá chất lượng gỗ Bồ đề biến tính, chúng tôi cắt mẫu kiểm tra các
chỉ tiêu chất lượng và tiêu chuẩn tương ứng sau:
Chỉ tiêu chất lượng
Tiêu chuẩn kiểm tra
- Khối lượng thể tích
TCVN 362-70 sửa đổi
- Tỷ lệ co rút, dãn nở
TCVN 360-70 và TCVN 361-70 sửa đổi
- Tỷ lệ trương dãn
ΓOCT 11492-65
- Độ bền uốn tĩnh
TCVN 365-70 sửa đổi
- Giới hạn bền nén dọc thớ
TCVN 362-70 sửa đổi
- Khả năng trang sức bề mặt
ΓOCT 15140-78
Hình 1. Máy ép nhiệt và khuôn nén gỗ
- Xem thêm -
.PDF 
83 
140 
60 
