Luận án Nâng cao chất lượng gỗ mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học

Hiện nay khi gỗ mọc nhanh rừng trồng ñang ñược trồng rất nhiều ở các nước trên thế giới thì xu thế nghiên cứu biến tính theo hướng thay ñổi tính chất gỗ có lợi cho người sử dụng là ñiều hết sức cần thiết. Nhu cầu của xã hội về sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất lượng. Trong khi ñó, gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm. Gỗ của nhiều loại cây rừng trồng có ưu ñiểm: sinh trưởng nhanh, có khả năng tái sinh tự nhiên tốt song gỗ mềm, nhẹ tỷ trọng thấp hơn nhiều so với một số loài gỗ rừng tự nhiên, chính vì vậy gỗ rừng trồng ít ñược dùng vào sản xuất hàng mộc dân dụng, ñặc biệt là hàng mộc cao cấp và mỹ nghệ. Do ñó việc nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng là cần thiết và có ý nghĩa chiến lược. Trên thế giới hiện nay, có hai hướng chế biến gỗ ñãñược khẳng ñịnh là:nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao chất lượng gỗ. Từ cuối thế kỷ XX, các công nghệ sản xuất ván nhântạo, giấy, xẻ hiện ñại ñã phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ. Hiện nay, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tínhnăng cơ, vật lý gỗ ñã và ñang ñược quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo xu hướng này, hiện có 5 phương pháp biến tính gỗ, ñó là:nhiệt-cơ; nhiệt-hoá-cơ; hoá-cơ; hoá học và bức xạ-hoá học. Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt và không nén chặt. Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỷ trọng, polyme hoá. Mục ñích của các phương pháp trên ñều nhằm nâng cao khối lượng thể tích và ñộ bền của gỗ.

pdf194 trang | Chia sẻ: superlens | Ngày: 22/09/2015 | Lượt xem: 1418 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nâng cao chất lượng gỗ mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO XUÂN THU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GỖ MỠ (Manglietia conifera Dandy) RỪNG TRỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH HÓA HỌC Chuyên ngành: Công nghệ bảo quản, sơ chế Nông Lâm sản sau thu hoạch Mã số: 62 54 10 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO XUÂN THU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GỖ MỠ (Manglietia conifera Dandy) RỪNG TRỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH HÓA HỌC Chuyên ngành: Công nghệ bảo quản, sơ chế Nông Lâm sản sau thu hoạch Mã số: 62 54 10 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: GS.TS HÀ CHU CHỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS.TS TRẦN VĂN CHỨ HÀ NỘI - 2011 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Đào Xuân Thu ii LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi gửi lời cám ơn chân thành tới GS.TS Hà Chu Chử, PGS.TS Trần Văn Chứ đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Nhân dịp này cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới Đảng Uỷ, Ban Giám Hiệu, Cán bộ các Phòng ban, Khoa Nông Lâm Nghiệp Trường Đại học Tây Nguyên đã cho phép và động viên tôi để tôi hoàn thành luận án. Nhân dịp này cũng cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới các Ông (Bà) Lãnh đạo viện, các Ông (Bà) Lãnh đạo các phòng ban chức năng thuộc Viện Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam, Khoa Chế Biến Lâm Sản Trường Đại học Lâm Nghiệp đã giúp tôi hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn Ông Nguyễn Văn Bản, Trưởng Phòng Tài Nguyên; TS Lê Thanh Chiến cùng các cán bộ nghiên cứu Phòng Chế biến Lâm Sản đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm, tài liệu, thông tin khoa học để tôi hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn các Nhà Khoa học: PGS.TS Hoàng Nguyên, PGS.TS Nguyễn Trọng Nhân, PGS.TS Nguyễn Phan Thiết, PGS.TS Phạm Văn Chương, TS Trần Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Cảnh Mão, TS Nguyễn Thị Bích Ngọc ... đã có những ý kiến đóng góp quý báu giúp tôi hoàn thành luận án. Qua đây, cũng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 4 tháng 10 năm 2011 Tác giả luận án Đào Xuân Thu iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iv Danh mục các hình vẽ v Danh mục các bảng vi Mở đầu 1 Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu biễn tính gỗ 4 1.1. Lịch sử nghiên cứu biễn tính gỗ 4 1.2. Nhận xét rút ra từ tổng quan 10 Chương 2. Mục tiêu, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu 11 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 11 2.2. Đối tượng nghiên cứu 11 2.3. Nội dung nghiên cứu 12 2.4. Phương pháp nghiên cứu 13 Chương 3. Cơ sở lý thuyết 29 3.1. Cơ sở khoa học của quá trình biến tính gỗ 29 3.2. Cơ sở khoa học của ổn định kích thước gỗ bằng biến tính gỗ 35 3.3. Cơ chế xử lý ổn định kích thước gỗ 39 3.4. Cơ sở khoa học của quá tình thấm hóa chất vào gỗ 42 Chương 4. Nghiên cứu biến tính Gỗ Mỡ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính 52 4.1. Tạo mẫu gỗ 52 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian ngâm và nhiệt độ dung dịch Polyetylenglycol (PEG-600) đến tỷ lệ co rút và giãn nở của Gỗ Mỡ biến tính 55 4.3. Tạo mẫu gỗ biến tính theo thông số tối ưu 66 4.4. Ảnh hưởng của dung dịch Polyetylenglycol (PEG-600) đến ổn định kích thước của Gỗ Mỡ biến tính tạo thành theo thông số tối ưu 68 Chương 5. Nghiên cứu cơ chế biến tính gỗ Mỡ bằng PEG-600 77 5.1. Cấu tạo vi mô của Gỗ Mỡ chưa biến tính 77 5.2. Cấu tạo vi mô của Gỗ Mỡ biến tính 78 5.3. Xác định sự phân bố PEG trong tế bào Gỗ Mỡ biến tính 82 Chương 6.Thành phần hóa học, một số tính chất cơ học và tính chất công nghệ của gỗ Mỡ biến tính 87 6.1. Thành phần hóa học 87 6.2. Tính chất cơ học 87 6.3.. Ảnh hưởng của PEG-600 đến chất lượng màng trang sức 89 6.4. Độ ăn mòn kim loại 90 iv 6.5. Đề xuất sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91 Kết luận và kiến nghị 93 1. Kết luận 93 1. Kiến nghị 94 Các công trình có liên quan của tác giả đã công bố 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Mean Giá trị trung bình mẫu Min Trị số quan sát bé nhất Max Trị số quan sát lớn nhất σ Giới hạn bền m Sai số của số bình quân V% Hệ số biến động P% Hệ số chính xác W Độ ẩm gỗ γ Khối lượng thể tích gỗ A Công riêng khi uốn va đập T Giới hạn bền khi tách XT Xuyên tâm TT Tiếp tuyến DT Dọc thớ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam pH Chỉ độ axit của gỗ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ TÊN HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ TRANG Hình 2.1: Mô hình bài toán xác định các thông số tối ưu khi tạo gỗ Mỡ biến tính 15 Hình 2.2. Sơ đồ xác định độ sâu thấm thuốc trên tiết diện ngang mẫu gỗ 23 Hình 2.3. Các cấp độ đánh giá chất lượng bám dính của màng trang sức 26 Hình 3.1: Mô hình cấu tạo xử lý ổn định kích thước gỗ 37 Hình 3.2. Mặt cong được hình thành khi dung dịch tiếp xúc với thành mao quản 46 Hình 4.1. Sơ đồ tạo mẫu gỗ 52 Hình 4.2. Tạo mẫu gỗ Mỡ biến tính theo thông số tối ưu 68 Biểu đồ 4.1. Biểu đồ biểu diễn độ hút ẩm của gỗ Mỡ biến tính và không biến tính 71 Biểu đồ 4.2. Biểu đồ biểu diễn độ hút nước của gỗ Mỡ biến tính và không biến tính 72 Biểu đồ 4.3. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ tăng thể tích của gỗ Mỡ biến tính và không biến tính 73 Biểu đồ 4.4. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ PEG của gỗ Mỡ biến tính tối ưu và gỗ biến tính theo các chế độ ngâm khác 76 Hình 5.1. Cấu tạo mặt cắt ngang 77 Hình 5.2. Cấu tạo mặt cắt xuyên tâm 77 Hình 5.3. Cấu tạo mặt cắt tiếp tuyến 77 Hình 5.4. Mặt cắt ngang (độ phóng đại 600 lần) 80 Hình 5.5. Mặt cắt xuyên tâm (độ phóng đại 400 lần) 80 Hình 5.6. Mặt cắt tiếp tuyến (độ phóng đại 600 lần) 80 Hình 5.7. Kínhhiển vi điện tử quét SEM (Hitachi S-4800) tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 84 Hình 5.8: Hình ảnh SEM của mẫu gốc M1 (a,c) ở độ phóng đại 2000 lần và mẫu M2 (b,d) ở độ phóng đại 5000 lần 85 Hình 6.1. Sơ đồ công nghệ biến tính gỗ Mỡ 91 vii DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN BẢNG TRANG Bảng 2.1. Các mức, bước thay đổi của các thông số thí nghiệm 16 Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm 17 Bảng 2.3. Ma trận các thông số thí nghiệm 17 Bảng 3.1. Tính chất của Polyethylenglycol 51 Bảng 4.1. Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ được xử lý PEG 55 Bảng 4.2. Tỷ lệ PEG trong gỗ Mỡ 56 Bảng 4.3. Tỷ lệ co rút theo chiều tiếp tuyến (%) 58 Bảng 4.4. Tỷ lệ co rút xuyên tâm (%) 59 Bảng 4.5. Tỷ lệ co rút theo chiều dọc thớ (%) 61 Bảng 4.6. Tỷ lệ giãn nở theo chiều tiếp tuyến (%) 62 Bảng 4.7. Tỷ lệ giãn nở xuyên tâm (%) 63 Bảng 4.8. Tỷ lệ giãn nở theo chiều dọc thớ (%) 65 Bảng 4.9. Độ ẩm ban đầu của mẫu gỗ thí nghiệm 68 Bảng 4.10. Khả năng chống trương nở của gỗ Mỡ được xử lý PEG 69 Bảng 4.11. Độ hút ẩm của gỗ 70 Bảng 4.12. Độ hút nước của gỗ 71 Bảng 4.13. Tỷ lệ tăng thể tích của gỗ 73 Bảng 4.14. Tỷ lệ PEG (%) 74 Bảng 5.1. Mật độ, kích thước của mạch và tia gỗ Mỡ 78 Bảng 6.1. Thành phần hóa học của Gỗ Mỡ 87 Bảng 6.2. Tính chất cơ học của gỗ Mỡ trước và sau khi biến tính 88 Bảng 6.3. Kết quả xác định chất lượng bám dính của màng trang sức 89 Bảng 6.4. Độ ăn mòn kim loại của mẫu gỗ thí nghiệm 90 1 MỞ ĐẦU Hiện nay khi gỗ mọc nhanh rừng trồng đang được trồng rất nhiều ở các nước trên thế giới thì xu thế nghiên cứu biến tính theo hướng thay đổi tính chất gỗ có lợi cho người sử dụng là điều hết sức cần thiết. Nhu cầu của xã hội về sử dụng gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất lượng. Trong khi đó, gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm. Gỗ của nhiều loại cây rừng trồng có ưu điểm: sinh trưởng nhanh, có khả năng tái sinh tự nhiên tốt song gỗ mềm, nhẹ tỷ trọng thấp hơn nhiều so với một số loài gỗ rừng tự nhiên, chính vì vậy gỗ rừng trồng ít được dùng vào sản xuất hàng mộc dân dụng, đặc biệt là hàng mộc cao cấp và mỹ nghệ. Do đó việc nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng là cần thiết và có ý nghĩa chiến lược. Trên thế giới hiện nay, có hai hướng chế biến gỗ đã được khẳng định là: nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ và nâng cao chất lượng gỗ. Từ cuối thế kỷ XX, các công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy, xẻ hiện đại đã phát triển mạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ. Hiện nay, việc nghiên cứu theo hướng nâng cao tính năng cơ, vật lý 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 xạ-hoá học. Biến tính gỗ theo hai xu hướng chủ yếu: nén chặt và không nén chặt. Một số loại hình biến tính: ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỷ trọng, polyme hoá. Mục đích của các phương pháp trên đều nhằm nâng cao khối lượng thể tích và độ bền của gỗ. Trong mấy năm gần đây ngành công nghiệp chế biến gỗ của Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc; sản phẩm gỗ xuất khẩu của Việt Nam đã có mặt trên thị trường của 120 nước trên thế giới. Kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ năm 2006 đạt 1,93 triệu USD; năm 2007 đạt 2,4 tỷ USD; năm 2008 2 đạt 2,8 tỷ USD; năm 2009 đạt 2,7 tỷ USD; và dự kiến năm 2010 đạt 3 tỷ USD (Nguồn VnEconomy 19/11/2009). Hiện nay, đồ gỗ được xem như là mặt hàng xuất khẩu chủ lực và được xếp vào 16 mặt hàng trọng điểm xúc tiến thương mại Quốc gia. Thực hiện chỉ thị số 19/1999/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 16 tháng 7 năm 1999 về việc thực hiện các biện pháp đẩy mạnh tiêu thụ gỗ rừng trồng và chỉ thị số 19/2004/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 01 tháng 6 năm 2004 về một số giải pháp phát triển ngành chế biến gỗ và xuất khẩu sản phẩm gỗ; ngành chế biến gỗ Việt Nam và các nghành kinh tế liên quan đã tích cực, chủ động tìm kiếm nguyên liệu, cải tiến công nghệ, thiết bị để đẩy mạnh phát triển sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ. Tuy nhiên khó khăn hiện nay của Việt Nam là vấn đề nguyên liệu gỗ, hàng năm phải nhập khẩu 80% nguyên liệu, trong đó gỗ rừng tự nhiên quý hiếm, chất lượng cao chiếm tỷ lệ rất lớn. Nhưng trong tương lai gần nhập gỗ càng khó khăn vì nhiều nước ở nhiệt đới sẽ cấm xuất khẩu gỗ. Trong khi đó, với nỗ lực của các chương trình trồng rừng, chúng ta đã có được một sản lượng lớn gỗ rừng trồng. Từ thực tế nhu cầu nguyên liệu gỗ rất lớn, gỗ rừng tự nhiên quý hiếm phục vụ chế biến sản phẩm mộc truyền thống, mộc xây dựng, mộc cao cấp ngày càng hiếm, vì vậy việc nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng là yêu cầu cấp bách đặt ra. Với mong muốn góp phần vào việc nghiên cứu để nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng, góp phần vào tạo ra các sản phẩm mới để thay thế gỗ rừng tự nhiên, chúng tôi thực hiện luận án: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng gỗ Mỡ (Manglietia conifera Dandy) rừng trồng bằng phương pháp biến tính hóa học”. Đối tượng nghiên cứu của luận án là: gỗ Mỡ rừng trồng ở tuổi 15 và hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) dùng để ngâm mẫu gỗ. Mỡ là loại gỗ 3 có cấu tạo đồng nhất, dể sấy, dễ gia công; thớ gỗ thẳng, dễ ngâm tẩm, bảo quản, khối lượng thể tích nhỏ, phù hợp làm nguyên liệu cho ván ghép thanh, phôi mộc và đang được trồng tương đối phổ biến tại Việt Nam. Hóa chất Polyethylenglycol (PEG - 600) là một cao phân tử có phân tử lượng tương đối thấp do đó khi ngâm tẩm hóa chất dễ dàng thấm vào gỗ. Phạm vi nghiên cứu: trong khuôn khổ luận án chúng tôi nghiên cứu tính ổn định kích thước của gỗ Mỡ rừng trồng (gỗ ở tuổi 15) khi ta ngâm mẫu gỗ trong dung dịch hóa chất Polyethylenglycol (PEG-600). Địa điểm lấy mẫu gỗ Mỡ nghiên cứu: tại Tỉnh Tuyên Quang, đây là nơi trồng nhiều Gỗ Mỡ nhất tại Việt Nam. Ý nghĩa khoa học Ứng dụng lý thuyết biến tính gỗ theo phương pháp hoá học, góp phần làm sáng tỏ hơn cơ sở khoa học và công nghệ của sản phẩm gỗ Mỡ biến tính có tính ổn định kích thước cao hơn gỗ nguyên. Ý nghĩa thực tiễn Những kết quả nghiên cứu của luận án góp phần tạo ra một loại gỗ Mỡ biến tính có độ ổn định kích thước cao hơn so với gỗ Mỡ tự nhiên và đề xuất được các bước cơ bản của qui trình công nghệ biến tính gỗ Mỡ rừng trồng bằng PEG. 4 Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ 1.1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH GỖ 1.1.1. Trên thế giới Từ những năm 30 thế kỷ trước, các nhà khoa học Nga, Đứcđã nghiên cứu và công bố tài liệu nói về gỗ biến tính. Các nhà khoa học đã dùng phương pháp vật lý, hóa học hay kiêm dụng cả hai loại để xử lý gỗ, làm cho chất xử lý thấm đọng vào trong vách tế bào, hoặc làm phát sinh mối liên kết giao nhau giữa các thành phần của gỗ, từ đó làm cho mật độ của gỗ tăng lên, cường độ của gỗ cũng được nâng cao, như vậy gọi là cường độ hóa gỗ [31, tr.13]. Để khắc phục nhược điểm của phương pháp biến tính gỗ bằng phương pháp nhiệt cơ, các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa vào trong gỗ một số chất hóa học nhằm ổn định hình dạng và kích thước sản phẩm đồng thời cũng tăng cường độ chịu lực của gỗ biến tính. Một trong những loại hình sản phẩm đơn giản nhất khi sử dụng hóa chất là gỗ ngâm tẩm. Đó là kiểu biến tính gỗ khi ngâm ngập gỗ trong dung dịch hóa chất, sau đó sấy để loại bỏ bớt nước rồi gia nhiệt cho keo đóng rắn lại tạo sản phẩm không thấm nước. Loại hình này có ưu điểm rất rõ là hệ số co giãn kích thước nhỏ nhưng lại tốn hóa chất. Theo tác giả V.E. Vikhrov sẽ thu được kết quả rất tốt khi sử dụng nhựa P-F để ngâm gỗ, sau đó trùng ngưng vật liệu này. Các nhựa hòa tan trong nước này sẽ dịch chuyển vào các cấu trúc của các mao quản và khe hở giữa các vách tế bào gỗ, khi đó gỗ sẽ ở trạng thái trương nở nhiều nhất. Gỗ được tẩm các nhựa hòa tan trong nước sẽ giữ được ổn định kích thước khi nhúng gỗ vào trong nước, khi đó sẽ làm tăng khả năng bền vững với acid và làm tăng độ cứng. Theo tác giả Z.A. Rogovin, khi tẩm gỗ với các nhựa tổng hợp sẽ đạt được các kết quả khả quan và cũng có nhiều loại hợp chất khác nhau để lựa chọn hợp lý cho yêu cầu sản phẩm. 5 G.L.Angendorf (1982) đã đề xuất hàng loạt phương pháp biến tính gỗ. Ví dụ: dung dịch Urea-Formadehyde có khối lượng phân tử thấp được tẩm vào gỗ với áp lực nhất định, sau đó nó được trùng hợp ở nhiệt độ không nhỏ hơn 106-1100C trong môi trường dòng điện cao tần. Gỗ biến tính được dùng trong công nghệ đóng tàu thuyền. V.M.Khrulev, tại Trường Đại học Công nghệ Belarutxia đã đề xuất qui trình công nghệ biến tính gỗ bằng nhựa tổng hợp Phenol-Formadehyde- furfural, tạo ra sản phẩm gỗ biến tính có một loạt tính chất cơ lý và một số tính chất khác cao hơn so với gỗ nguyên liệu. 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 sóng ngắn (phổ biến tại Nhật Bản và hiệu quả hoá mềm rất tốt); xử lý bằng chất hoá học bằng kiềm như: amoniac, urea. 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 mang tính hệ thống [31, tr.134]. Cường độ hóa gỗ do H.S. Chmidt người Đức nghiên cứu và đưa vào sản xuất năm 1930. Phương pháp này thích hợp với loại gỗ mạch vòng thuộc loại gỗ giác: ép một miếng kim loại vào đầu mẫu gỗ, rồi đặt mẫu vào thiết bị áp lực, ở dưới đáy của thiết bị đã có kim loại phải xử lý. Đưa thiết bị vào trong lò (có kích thước 0.3 x 5 x 5m) và đóng thiết bị lại rồi hút chân không, tăng nhiệt độ lên 130-1500C, kim loại nóng chảy, gỗ bị dìm xuống dưới mặt 6 kim loại nóng chảy. Sau đó loại bỏ chân không rồi tăng áp lên tới 4-16.6 MPa, duy trì thời gian xử lý trong khoảng 20-60 phút, loại bỏ áp suất, mở thùng, làm lạnh trước khi kim loại đóng rắn rồi lấy mẫu ra, cạo sạch kim loại dính trên bề mặt, nhiệt độ xử lý khoảng 2000C, áp suất xử lý: 0.35 MPa. Do đặc điểm đó khối lượng thể tích tăng rất lớn, đặc biệt là độ cứng tĩnh và khả năng chống cháy [31, tr.40]. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, người ta sử dụng gỗ cường hóa làm ổ đỡ chân vịt tàu thủy. Sau khi đưa vào gỗ một số cao phân tử phân tử lượng thấp hoặc cacbua hydro không bão hòa có cầu đôi. Lợi dụng năng lượng của tia chiếu xạ, chất xúc tác gia nhiệt mà làm cho các hóa chất trên kết hợp với gỗ và đóng rắn lại, gỗ được làm như vậy gọi là gỗ polyme phức hợp (viết tắt là WPC). WPC so với gỗ nguyên thì tính ổn định kích thước rất cao. Các loại chỉ tiêu: cường độ (độ rắn, ép, chịu mài mòn) đều tăng lên rất nhiều, ngoại quan đẹp, bảo dưỡng đơn giản, bền lâu là vật liệu kiến trúc tốt. Đầu những năm 1960, các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ) đã dùng tia γ chiếu xạ gây phản ứng đa tụ ở các đơn thể tẩm vào trong gỗ tạo nên sản phẩm chất lượng cao WPC, sau đó nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học đã sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau trong đó có cả năng lượng nguyên tử vào mục đích này. Năm 1965, trong hội thảo chuyên đề ở New York các nhà khoa học Mỹ đã giới thiệu thành tựu đưa chất dẫn để tẩm gỗ và dùng xúc tác gia nhiệt để sản xuất gỗ WPC [31, tr. 82]. Năm 1968, công ty hóa chất ARCO của Mỹ đã dùng tia γ bức xạ WPC. Sản phẩm này chủ yếu dùng làm sàn, chịu mài mòn cao, có độ cứng cao. Ván sàn loại này không cần trang sức và rất khó cháy, thích hợp với nơi công 7 cộng, đông người như: ga tàu điện ngầm, phòng đợi, sân bay, siêu thị, sàn nhảy, khách sạn cao cấp. Tuy giá thành nó cao nhưng tuổi thọ gấp 9-11 lần gỗ nguyên liệu. Từ năm 1970 Mỹ đã có 3 công ty dùng bức xạ để sản xuất WPC, hình thành hệ thống công nghiệp sản xuất WPC tạo ra hơn 100 loại hình sản phẩm. Gần đây, WPC đã vượt quá con số 2 triệu m2. Ở Pháp, các nhà khoa học dùng bức xạ γ để sản xuất WPC có tính ổn định cao, giá thành sản phẩm giảm tới 40%. Ở Anh, WPC dùng làm cán dao, nhạc cụ, dụng cụ thể thao. Ở Tây Ban Nha sử dụng WPC làm thoi dệt rất thành công. Ở Ba Lan dùng WPC làm miếng đệm ở tà vẹt, đưa khả năng chịu chịu xung kích lớn gấp mấy chục lần so với gỗ nguyên liệu. Năm 1984, Học viện Công Nghiệp Rừng Hoa Đông và Nhà máy gỗ Thượng Hải sản xuất WPC bằng cây gỗ lá rộng dùng cho điêu khắc cũng đạt kết quả tốt. Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc tiến hành WPC bằng gỗ Keo trắng cũng cho kết quả tốt. Việc nghiên cứu WPC ở Trung Quốc vẫn còn những hạn chế nhất định do giá thành cao và khống chế quá trình phản ứng chưa triệt để, nên việc mở rộng sản xuất WPC còn gặp nhiều khó khăn. Tại Canada, Phần Lan, Thụy Điển, Nam Mỹ cũng đã xây dựng hàng loạt các công xưởng nhà máy sản xuất WPC dùng chiếu xạ γ để sản xuất vật liệu xây dựng cung cấp cho nước mình, họ đã sản xuất hàng loạt ván sàn WPC mang tính hàng hóa. Tại Ý một số nhà máy đã dùng Styrene làm đơn chất để mỗi ngày sản xuất được 3m3 WPC dùng làm cúc áo, điện thoại và các sản phẩm khác. Từ xa xưa, con người đã biết dùng Polyethylenglycol để bảo quản gỗ. Gỗ được ngâm tẩm quét Polyethylenglycol (PEG) rất có hiệu quả làm giảm sự 8 trương nở, co rút của gỗ, phòng ngừa sự biến dạng, cong vênh, nứt vỡ do nguyên nhân trên gây nên. Polyethylenglycol được sử dụng rộng rãi trong việc bảo quản gỗ cổ xưa. Ví như, gỗ cổ xưa bị chôn vùi dưới sông băng hơn 3 vạn năm tại Mỹ - Gỗ tàu thuyền của chiến hạm Wasa bị chìm đắm tại cảng Thụy Điển, quần thể kiến trúc tại các đền cổ của Nhật Bản, tất cả đều được xử lý bảo quản bằng PEG mà hiệu quả mỹ mãn. Mấy năm gần đây Trung tâm kỹ thuật bảo hộ văn vật của tỉnh Thiểm Tây - Trung Quốc cũng đã triển khai nghiên cứu về phương diện này. S
Luận văn liên quan