Đồ án Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tẩm Urea đến một số chỉ tiêu chất lượng gỗ biến tính

đroxyl. Quá trình này làm cho các chất của gỗ thay đổi. Biến tính gỗ thực hiện theo các hướng sau 2.1.2.1 - Biến tính theo hướng chống ẩm Gỗ là một loại vật liệu có nhiều ưu điểm, song nó lại có nhược điểm đó là có tính hút ẩm rất mạnh. Chính vì thế mà rất dễ bị phát sinh sâu, nấm phá hoại. Do đó cần phải xử lý chống ẩm cho gỗ. Nguyên tắc xử lý chống ẩm cho gỗ là phải duy trì được những tính chất ưu việt vốn có của gỗ mà chỉ làm thay đổi sự hút ẩm và những tính năng co giãn của nó. Sự co giãn của gỗ là do sự thay đổi độ ẩm của gỗ mà gây nên, nó phát sinh ở dưới điểm bão hòa thớ gỗ. Có thể tiến hành xử lý theo hai hướng như sau: (1) Xử lý chỉ nằm gọn trong khu vực phi kết tinh của Cellulose trong vách tế bào. ( 2) Không xử lý vách tế bào mà chỉ điền đầy, lắng đọng hóa chất vào trong khoang tế bào gỗ. Phương pháp xử lý chống ẩm thường dùng nhất là phủ lên bề mặt một loại chất phủ hoặc dán một lớp vật liệu lên mặt. Ngoài ra có thể đem hòa tan chất kỵ nước vào dung môi dễ bay hơi tạo thành hỗn hợp có tính lưu động cao có độ nhớt thấp có thể thấm vào gỗ. Phương pháp này gọi là ngấm phủ bề mặt. Hóa chất xử lý chống ẩm có thể dùng là Paraffin hoặc Polyethylenglycol (PEG). Xử lý bằng Paraffin: Đem nhựa Paraffin phân tử lượng thấp thấm vào trong gỗ, gia nhiệt làm cho phản ứng tiếp diễn, cứng hóa mà hình thành nhựa nhiệt rắn, kích thước gỗ được xử lý ổn định. Những nghiên cứu của Goldstein đã chỉ rõ tính ổn định kích thước của gỗ khi xử lý có quan hệ mật thiết với nhóm OH trong nhân benzen của nhựa phenol - formaldehyde, mà hàm lượng của nhóm OH thuộc nhóm Paraffin lại tỷ lệ nghịch với mức độ đa tụ của nhựa. Do đó, nhựa phenol- formaldehyde có phân tử lượng thấp sẽ có hàm lượng nhóm OH cao, khi cứng hóa ở nhiệt độ cao nó có thể kết hợp với gốc OH của gỗ, mà hiệu quả tăng dung tích của nó được thể hiện rõ nét, tỷ lệ chống trương nở (ASE) cũng cao, tính năng phòng chống mục và sâu mọt của gỗ xử lý được tăng lên rõ rệt so với gỗ nguyên [3]. Xử lý bằng PEG: PEG là một chất tan trong nước không màu, không mùi nhưng khi phân tử lượng cao ở trạng thái nhiệt độ không khí (200C) nó ở thể rắn, không độc với người và gia súc, nguy cơ cháy thấp. Trong một điều kiện độ ẩm tương đối thì PEG có phân tử lượng thấp có tính hút nước lớn hơn. Còn đối với PEG có phân tử lượng cao có tính hòa tan trong nước lại kém mà lại khó thấm sâu thâm nhập vào vách tế bào, chỉ có thể điền đầy gian bào. Thực chất xử lý là sự thay thế thành phần nước trong gỗ hoàn toàn bởi Polyethylenglycol đồng thời làm cho gỗ duy trì trạng thái trương nở, từ đó làm cho kích thước của gỗ ổn định. Khi xử lý độ ẩm gỗ lớn thì tỷ lệ tồn đọng của PEG trong gỗ cũng lớn, tỷ lệ chống trương nở ASE của gỗ được xử lý cũng cao. Do vậy đối với gỗ tươi thì hiệu quả xử lý tốt hơn gỗ khô[3]. 2.1.2.2 -Biến tính theo hướng chống cháy Ta biết rằng gỗ là một loại vật liệu quan trọng trong đời sống dân sinh. Gỗ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực, gỗ hay gỗ nhân tạo đều là các hợp chất hữu cơ tố thành bởi cacbon, hydro, oxy, chúng đều có khả năng cháy. Vì vậy vấn đề xử lý chống cháy cho các sản phẩm gỗ là rất quan trọng và được đặt vào chương trình nghị sự. Các chất hóa học được sử dụng được gọi là chất chống cháy hay chất chậm cháy. Xử lý chống cháy là quá trình hóa học nhằm cải thiện sự chống cháy của vật liệu. Phương pháp xử lý chống cháy cho gỗ thường chia thành hai loại: *Phương pháp xử lý bề mặt Phương pháp xử lý bề mặt là dùng dung dịch chậm cháy hoặc các vật liệu chậm cháy được bôi quét lên bề mặt gỗ, hoặc lấy các vật liệu chống cháy liên kết dán dính lên bề mặt gỗ[3]. *Phương pháp ngâm tẩm hóa học: Phương pháp ngâm tẩm hóa học là đem chất chống cháy bơm thấm vào bên trong gỗ. Phương pháp ngâm tẩm hóa học được phân thành: phương pháp áp lực và thường áp[3]. 1) Phương pháp ngâm thường Phương pháp ngâm thường áp lực được phân thành phương pháp ngâm và phương pháp nóng lạnh. (+) Phương pháp ngâm Phương pháp ngâm là dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ trong phòng, hoặc có gia nhiệt. Đem gỗ ngâm trong dung dịch chống cháy có nồng độ thấp làm cho gỗ thấm hút chất chống cháy. (+) Phương pháp ngâm tẩm nóng lạnh Phương pháp ngâm tẩm nóng lạnh được phát minh năm 1967 do Seeleif C.A. người Mỹ. Nguyên lý của phương pháp này là đem gỗ đặt vào dung dịch chống cháy được gia nhiệt ở điều kiện thường áp trong nhiều giờ tùy thuộc sự tăng cao nhiệt độ bên trong gỗ mà lượng không khí bên trong gỗ giãn nở, từ đó mà áp lực khí trong lòng gỗ cao hơn áp lực bên ngoài. Lúc này nhanh chóng đem gỗ xử lý nhúng vào dung dịch chất chống cháy nguội, do sự lạnh đột ngột không khí trong gỗ bị co lại, trong lòng gỗ xuất hiện chân không cục bộ, dựa vào sự chênh lệch áp suất giữa bên trong gỗ và dung dịch chống cháy mà dung dịch chống cháy bị thấm hút vào bên trong. 2) Phương pháp ngâm tẩm áp lực Phương pháp ngâm tẩm áp lực thường dùng là phương pháp tế bào đầy và phương pháp chân không hai lần. (+) Phương pháp tế bào đầy (còn gọi là phương pháp hút toàn phần) Phương pháp này do Bephell I phát minh vào năm 1838, người ta còn gọi là: phương pháp Bephell. Phương pháp này là làm cho dung dịch chống cháy chứa đầy vào tế bào để đạt được mục đích là có lượng thuốc tối đa. Nguyên lý của phương pháp là đầu tiên tiến hành hút chân không (15 phút - 1 giờ) sau đó cho dung dịch chống cháy vào (vẫn duy trì áp lực chân không) tiếp theo là ta tiến hành tăng áp từ 1- 1.4 MPa ( khi tăng áp cắt nguồn chân không) sau khi lượng hấp thụ đã đạt quy định thì tiến hành quá trình hút chân không lần cuối mục đích là đẩy lượng chất chống cháy dư thừa ra khỏi bề mặt gỗ để khi lấy gỗ ra không có hiện tượng chảy rớt. (+) Phương pháp chân không hai lần Nguyên lý thao tác của phương pháp này cũng tương tự như phương pháp tế bào đầy nhưng áp lực chỉ sử dụng vào khoảng 1/10 so với áp lực dùng trong phương pháp tế bào đầy[3]. 2.1.2.3 - Biến tính theo hướng polime hóa Sử dụng các hydratcacbon không no hoặc các chất có độ đa tụ thấp sau khi đa tụ sơ bộ dùng phương pháp chiếu xạ hoặc gia nhiệt để cung cấp năng lượng cho chúng đa tụ tiếp trong gỗ đây gọi là gỗ polime hóa(WPC). WPC là một loại ván phức hợp giữa gỗ và keo làm chủ thể. * Nguyên liệu 1) Gỗ: nên lựa chọn những loại gỗ có tính thấm tốt, cây gỗ lá rộng mạch phân tán là tương đối thích hợp. 2) Dung dịch nhựa: dùng chủ yếu là: Styrene (ST), nhựa không bão hòa UPE, đơn thể thuộc họ C4H4, CrotonicAcid (MMA)… Các loại nhựa này đều có thể sử dụng đơn độc, cũng có thể hỗn hợp với nhau theo tỷ lệ nhất định, dung dịch nhựa hỗn hợp có hiệu quả rất tốt. 3) Chất phủ: + Chất nhuộn màu: cho vào trước khi sử dụng nó có thể làm cho WPC có màu sắc đã định trước. + Dung dịch liên kết: thường dùng là Methyl Crotonic. + Dung dịch xúc tiến: các loại Amin, Na2SO3, NaHO3. + Chất chống cháy: thường dùng là hỗn hợp có chứa Halozelle, đơn thể hàm chứa phôt pho. * Phương pháp thấm nhựa Thông thường cũng như phương pháp thấm thuốc bảo quản. * Phương pháp tụ hợp: có thể phân thành phương pháp chiếu xạ và phương pháp gia nhiệt xúc tác. + Phương pháp chiếu xạ: dùng tia có năng lượng cao để chiếu xạ gỗ đã được ngâm tẩm nhựa làm cho nó phát sinh phản ứng tụ hợp trên cơ sở đó hình thành WPC. + Phương pháp gia nhựa xúc tác: dựa vào tác dụng gia nhiệt và chất dẫn phát được vào nhựa mà gây nên phản ứng tụ hợp hình thành WPC. Với phương pháp này đầu tư ít, công nghệ đơn giản. Tính chất của WPC: có độ cứng, độ dẻo, độ bền lâu, độ chịu mài mòn và tính ổn định kích thước đều lớn hơn so với gỗ nguyên. Ngoài ra tính chống cháy, chống mục mọt đều cao hơn gỗ nguyên. Khả năng chống chịu nước lớn hơn so với gỗ nguyên. WPC có khả năng hút nước giảm là do tác dụng cản trở của cao phân tử trong gỗ làm cho nước không khuếch tán được. Biên độ tăng tính chất cơ học rất cao chủ yếu là độ cứng và cường độ nén ngang thớ, còn tính chất cơ học khác đại thể lớn hơn 1.5 - 2 lần so với gỗ nguyên. So với gỗ nguyên thì tính chống chịu khí hậu của WPC được nâng cao rất nhiều. Do vậy WPC dùng cho các công trình ngoài trời mà không cần trang sức bảo vệ bề mặt. 2.1.2.4 - Biến tính tăng khối lượng theo nén ép- hóa dẻo Xử lý hóa mềm gỗ có thể phân thành 2 dạng: Đó là phương pháp vật lý và phương pháp hoá học. (1). Phương pháp vật lý Phương pháp vật lý: lấy nước làm dung dịch hoá mềm, đồng thời gia nhiệt cho đến khi gỗ đã được hoá mềm.  Phương pháp luộc Dùng nước nóng đun sôi hoặc hơi nước ở nhịêt độ cao. Thời gian xử lý tuỳ thuộc vào chủng loại gỗ, Thông thường lấy nhiệt độ lớn hơn 800C để xử lý, thời gian xử lý từ 60 - 100 phút. ‚ Phương pháp gia nhiệt cao tần Đem gỗ đặt vào giữa hai bản cực của máy cao tần, nối điện áp cao tần, giữa hai bản cực sẽ xuất hiện dòng cảm ứng cao tần. Dưới tác dụng này, giữa các phân tử gỗ với nhau có sự cọ sát mãnh liệt. Như vậy làm cho trong từ trường đã biến đổi điện năng thành nhiệt năng, từ đó làm cho gỗ được gia nhiệt và mềm hóa. ƒ Phương pháp gia nhiệt Viba Tần số của Viba nằm trong khoảng 300MHz đến 300GHz, bước sóng dài 1 - 1.000mm. Khi dùng Viba 2450MHz chiếu rọi vào gỗ có độ ẩm bão hoà, bên trong gỗ nhanh chóng phát nhiệt do áp lực bên trong của gỗ tăng lên, thành phần nước bên trong có xu hướng thoát ra phía ngoài dưới dạng nước nóng hoặc dạng hơi nước nóng, gỗ rõ ràng bị mềm hóa. (2). Phương pháp xử lý bằng dung dịch hóa học Đặc điểm của phương pháp xử lý này là gỗ được hóa mềm triệt để, không bị hạn chế bởi loài cây. Dung dịch hóa chất thường dùng trong xử lý có xử lý bằng kiềm, xử lý Amoniac trong đó xử lý Amoniac là có hiệu quả rất tốt.  Phương pháp xử lý kiềm Phương pháp này là đem gỗ ngâm vào dung dịch NaOH nồng độ 10 - 15% hay dung dịch KOH nồng độ 15 - 20%, sau một thời gian nhất định gỗ đã được mềm hóa rõ ràng, vớt gỗ ra dùng nước sạch rửa sạch là có thể tiến hành uốn nén. Phương pháp này hiệu quả hóa mềm rất tốt, nhưng gỗ dễ xuất hiện biến màu và sứt cạnh. ‚ Xử lý Amoniac Năm 1955 Stamm là người đầu tiên đề xuất dùng Amoniac để hóa mềm gỗ. ‹1› Xử lý bằng dung dịch Amoniac: Đem gỗ khô tuyệt đối ngâm vào trong dung dịch Amoniac lỏng – 330C đến - 780C trong khoảng 0.5 – 4giờ sau đó lấy ra, khi nhiệt độ dần tăng lên đến nhiệt độ nhất định nào đó ở trong phòng, gỗ đã được mềm hóa. Khác với phân tử nước Amoniac có thể thấm sâu vào vùng kết tinh của Cellulose làm cho vùng kết tinh mở rộng và trở nên lỏng lẻo, dẫn đến giữa các phân tử Cellulose với nhau phát sinh sự chuyển động tương đối, do đó thể hiện rõ tính dẻo của nó. Để ngăn ngừa sự co rút của gỗ khi Amoniac bay hơi có thể cho vào dung dịch Amoniac một số chất chống bay hơi. Một số giải pháp xử lý dùng chất chống bay hơi đó như sau: ‹2› Xử lý nước Amoniac: Đem gỗ có độ ẩm 80 - 90% ngâm vào trong nước Amoniac nồng độ 25%, giữ nhiệt độ và áp suất trong phòng để tiến hành làm mềm hóa, thời gian xử lý được quyết định bởi quy cách kích thước và chủng loại gỗ, có khi kéo dài đến mười mấy ngày. Sau khi xử lý hóa mềm tiến hành ép là có thể thu được độ nén có dung trọng 1,0 - 1,3 g/cm3, loại gỗ này được gọi là gỗ nén dẻo hóa Amoniac. ‹3› Xử lý khí Amoniac: Khí Amoniac được khuyếch tán trong gỗ được thấm sâu vào, sự thấm của nó sẽ tốt hơn đối với gỗ được sấy khô bằng dòng khí mà không phải là khô hoàn toàn, do khi độ ẩm của gỗ từ 10 - 25% thì hiệu quả xử lý tương đối tốt. ‹4› 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 khô đến độ ẩm 20 - 30% sau đó gia nhiệt đến dưới 1000C, tiến hành uốn ép, sấy khô định hình. 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. ‹5› Xử lý Acid Tanic: Nồng độ của dung dịch từ 3 - 15% là thích hợp, khi xử lý gỗ tươi cần nồng độ cao hơn. Ngâm bằng loại dung dịch này có thể dùng nhiều loại phương pháp ngâm tẩm, thông thường dùng phương pháp tế bào đầy. Trong quá trình ngâm tẩm, gỗ sẽ bị mềm hóa, lại gia nhiệt đến 80 - 1000C trong khoảng 10 - 30 phút, làm cho độ dẻo của gỗ tiếp tục tăng lên. Gỗ sau xử lý có thể uốn hoặc ép nén. 2.2. ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất gỗ Dưới tác động của nhiệt độ cao thì sẽ gây ra sự thay đổi cấu trúc liên kết giữa các thành phần tạo vách tế bào và cấu trúc hóa học [17]. Tính chất của gỗ biến đổi dưới tác động của nhiệt độ được lý giải như sau: - Sự hình thành cấu trúc liên kết mới giữa các thành phần trong vách tế bào, khoảng cách giữa các phân tử Cellulose bị giảm đi làm tăng thêm xác suất kết hợp giữa các gốc - OH trong vùng ô định hình, hình thành các gốc H hoặc các chất khác, với tác động này sẽ có lợi cho cường độ cơ học của gỗ [17]. - Các thành phần gỗ bị phân đoạn, hạ bậc hoặc phân giải, như vậy tính chất cơ học, tính hút nước và ổn định của gỗ sẽ thay đổi. Theo Hiroshi (1993), Chrol. Y và P.I.Issinscova [17] cho rằng kết quả sự tăng nhiệt độ sấy sẽ làm giảm tính hút nước của các Polysacharit, độ ổn định kích thước của gỗ tăng lên song ở mức độ cao của sự hạ, phân đoạn các cấu tử trong gỗ sẽ làm giảm cường độ gỗ, tính chống thấm, chống nước tăng lên, màu gỗ trở nên tốt hơn. Dưới tác động của nhiệt độ càng cao thì sự phân đoạn diễn ra càng mạnh. Dưới tác động của nhiệt độ thì thành phần Pentosan bị phân hủy, nhiệt độ càng cao thì sự phân hủy càng mạnh và như vậy thì cường độ cơ học của gỗ càng giảm nhiều. Bên cạnh đó còn xảy ra hiện tượng linocelluloza, các nhóm hyđroxyl trở nên kém linh động và ái lực của nó với nước yếu đi làm cho tính chất hút nước của gỗ giảm đi. - Kết quả nghiên cứu của Misatonrimoto và Joseph Gril [17] cho thấy rằng xử lý gỗ ở nhiệt độ cao làm cho cường độ gỗ giảm, khả năng chống nước và tính ổn định kích thước gỗ tăng lên. 2.3. Tính xuyên thấu của dịch đối với gỗ Tính xuyên thấu ở đây là chỉ năng lực của dung dịch, nước trong điều kiện áp suất thường hoặc có áp chui vào trong gỗ lấy chiều sâu của dung dịch chui vào trong gỗ trong một đơn vị thời gian để biểu thị. Khi gỗ tiếp xúc với nước hoặc dung dịch thì tính xuyên thấu gồm hai mặt là hút và xuyên thấu. Hai mặt này gần nhau nhưng không hoàn toàn giống nhau, lượng dung dịch gỗ hút thường được dùng khối lượng nước hoặc dung dịch mà một đơn vị thể tích gỗ hút được để biểu thị cho tính hút nước của gỗ còn tính xuyên thấu thì lấy chiều sâu dung dịch thấm vào trong gỗ để biểu thị. Nhiệt độ của dung dịch: nhiệt độ tăng có thể tăng tính năng dịch chuyển của dung dịch, dễ chui vào gỗ, đồng thời còn làm tăng tính đàn hồi của lỗ nhỏ trên màng lỗ thông ngang khi dung dịch chui vào vách tế bào, điều này làm tăng tính xuyên thấu của dung dịch, chú ý không nên tăng nhiệt độ quá cao vì khi đó cường độ gỗ sẽ giảm[9]. 2.4. Cơ sở về khả năng thấm thuốc khi ngâm gỗ Với phương pháp ngâm thường, quá trình dung dịch thấm vào trong gỗ là quá trình khuếch tán. Quá trình khuếch tán là quá trình truyền dẫn làm cho dung dịch đồng nhất về khối lượng riêng và áp suất. Dung dịch thuốc khuếch tán vào trong gỗ là quá trình phân tử hoặc Ion của thuốc tự do vận động từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp, khi gỗ có độ ẩm trên điểm bão hòa và ngâm trong dung dịch thuốc, các màng tế bào được coi là màng bán thấm tạo ra sự thấm một chiều của các phân tử thuốc từ ngoài vào đồng thời với quá trình thấm của thuốc vào gỗ thì có một số phân tử nước trong gỗ chuyển động ngược trở ra dung dịch [3]. 2.5. Cơ chế nén ép gỗ Cơ chế nén ép gỗ có thể khái quát ở 3 điểm sau: Thứ nhất: mục đích để nâng cao cường độ tất cả các loại gỗ, mà không làm phá hủy vách tế bào gỗ có thể dùng phương pháp nén ép làm tăng mật độ nhằm nâng cao mật độ của gỗ. Mật độ của gỗ với cường độ cơ học của gỗ tồn tại một tương quan nhất định Newlin, Ja và Wilfel đã chỉ ra quan hệ đó: d= a.rn + b Trong đó: d - giá trị cường độ của gỗ a, b - hằng số thí nghiệm n - độ nghiêng của đường Parabol bậc n r - mật độ gỗ Do đó khi mật độ của gỗ được nâng lên thì cường độ của gỗ tăng lên[3]. Thứ hai: mật độ nén ép phải được tiến hành vuông góc với chiều vân thớ với tất cả gỗ lá kim cũng như gỗ lá rộng đều phải nén theo hướng xuyên tâm, duy chỉ gỗ cây lá rộng mạch phân tán thì có thể nén ép theo chiều xuyên tâm cũng như chiều tiếp tuyến. Độ dày vách tế bào qua giải phẫu phân tử gỗ không giống nhau do vậy cường độ của nó cũng có sự sai lệch. Thông thường phân tử của vách tế bào dày có cường độ cao hơn phân tử vách tế bào mỏng. Căn cứ vào giải phẫu phân tử gỗ có thể khái quát phân tất cả các loại gỗ thành hai loại: (1) gỗ cây lá kim và gỗ cây lá rộng mạch vòng thuộc loại thứ nhất. (2) gỗ cây lá rộng mạch phân tán thuộc loại thứ hai [3]. Thứ ba: Gỗ nén ép nhất thiết phải qua xử lý hấp luộc. Độ ẩm của gỗ và nhiệt độ có thể xem là tính dẻo trong quá trình nén ép gỗ, tính dẻo tùy thuộc vào nhiệt độ tăng cao mà tăng theo, còn trong vách tế bào gỗ lượng nước nhất định trong đó (không nên nhỏ hơn 6%) có thể giảm bớt hệ số nội ma sát trong quá trình biến dạng nén ép gỗ. Do đó dưới trạng thái nhiệt ẩm tính dẻo của gỗ có thể dược nâng lên, công suất ép cũng không yêu cầu lớn, như thế làm giảm đi rất nhiều khả năng phá hoại của tế bào gỗ. Sau khi sấy khô và làm nguội mới được vật liệu mới[3]. Chương 3: Thực nghiệm 3.1. Qui trình công nghệ tạo gỗ biến tính Qui trình công nghệ biến tính gỗ bằng Urea theo phương pháp ngâm thường được trình bày như ở hình 3.1. Nguyên liệu Xẻ phá Xẻ lại Xẻ thanh Ngâm Hòa tan Urea Để ráo Nén gỗ ổn định Sản phẩm Hình 3.1 Qui trình tạo gỗ biến tính ` 3.2. Nguyên liệu 3.2.1. Nguyên liệu gỗ bồ đề Cây Bồ đề có tên khoa học là Styrax tonkinensis - Pierre. ở Việt Nam nó phân bố ở nhiều vùng thuộc miền núi tây bắc đến miền tây Thanh Hóa, Nghệ An. Địa điểm chặt cây. Cây Bồ đề được chặt từ Yên Bái, địa điểm mua ở huyện Phù Ninh- tỉnh Phú Thọ. Đặc điểm cấu tạo của gỗ Bồ đề : Cây Bồ đề có vỏ màu xám nâu, mềm, nứt thành miếng nhỏ, mỏng , gần như nhẵn, thịt vỏ màu xám tím, có mùi chua. Gỗ có màu trắng phớt hồng, gỗ giác, gỗ lõi không phân biệt, vòng năm rõ, gỗ sớm, gỗ muộn không phân biệt, mạch phân tán tụ hợp đơn kép, đường kính mạch gỗ trung bình 100-200 àm, số lượng khoảng 15-20 mạch/mm2. Tế bào mô mềm xếp dọc thân cây, tia gỗ sắp xếp đồng nhất chiếm 10%-30% thể tích gỗ, số lượng trung bình 8-10 tia/mm, không có cấu tạo lớp và ống dẫn nhựa. Gỗ mềm nhẹ có tỷ trọng thấp thớ mịn đều co rút ít, dễ chẻ nhỏ, bóc thành tấm ván mỏng ít cong vênh nhưng dễ gãy, dễ cháy, không bền được dùng trong công nghiệp giấy sợi, làm diêm và ván dán… Thân cây gỗ Bồ đề khi bị thương tiết ra nhựa màu trắng sau chuyển thành màu vàng sẫm thường gọi là cánh kiến trắng, là một mặt hàng xuất khẩu có giá trị kinh tế cao, trong nhựa có acid benzoic dầu dễ bay hơi dùng trong y dược, chế biến nước hoa, vecni, sơn đặc biệt… Các tính chất cơ lý của gỗ Bồ đề : + Sức co giãn của gỗ: Sức co giãn của gỗ là sự thay đổi về kích thước của gỗ khi độ ẩm của gỗ thay đổi trong khoảng 0% đến độ ẩm bảo hòa thớ gỗ và ngược lại. Bản chất của quá trình co giãn là sự thay đổi giữa các mixenxenlulo do đó gỗ co giãn theo chiều ngang cây là chủ yếu. + Khối lượng thể tích của gỗ: Khối lượng thể tích của gỗ là tỷ số giữa khối lượng gỗ trên một đơn vị thể tích gỗ (g = 0.38 g/cm3) đây là một tính chất rất quan trọng nó ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của gỗ. Nhìn chung gỗ có khối lượng thể tích càng cao thì mức độ chịu lực càng lớn và ngược lại gỗ có khối lượng thể tích càng nhỏ thì cường độ chịu tác dụng càng thấp. + Giới hạn bền khi ép dọc thớ: Khi chiều dọc thớ bị ngoại lực tác dụng song song hoặc vuông góc sẽ làm cho gỗ bị nén lại, người ta nói gỗ bị nén. + Giới hạn bền uốn tĩnh: Sau lực ép dọc thớ thì ứng suất uốn tĩnh là chỉ tiêu thứ hai để đánh giá cường độ chịu lực của gỗ. Vì vậy để đánh giá cường độ gỗ thường lấy tổng hai ứng suất giới hạn bền khi ép dọc thớ và giới hạn bền khi uốn tĩnh làm tiêu chuẩn. 3.2.2. Hóa chất + Hóa chất dùng trong thí nghiệm là Urea 99%. Được mua tại Công Ty Hóa Học ứng Dụng - Trần Thánh Tông - Hà Nội với các thành phần: (NH2)2CO = 99%; Cl = 0.0003%; SO4 = 0.001%; NH3 = 0.005%; Fe = 0.0002%; C2H5N3O2 = 0.2% và một số các chất khác. + Công thức hóa học: (NH2)2CO. + Đặc tính: Urea có màu trắng dạng tinh thể, có mùi khai. + Urea có thể pha ở nồng độ khác nhau có thể tẩm bằng nhiều phương pháp. Nó là một loại thuốc dùng để biến tính gỗ nó được dùng từ rất sớm và khá phổ biến trong nhiều nước trên thế giới, Việt Nam ít được sử dụng do công nghệ và thiết bị và công nghệ biến tính chưa phát triển một cách rộng rãi + Khả năng chống cháy của Urea: các chất có nhóm amin có khả năng chống cháy tốt. Urea là chất điển hình, Urea khi có cháy chúng thu nhiệt của nguồn cháy, nóng chảy hình thành lớp bao phủ dạng thủy tinh, giải phóng khí trơ. Các khí trơ làm loãng khí dễ cháy, chống lại cháy lan tỏa và cháy có ngọn lửa. Phản ứng phân giải nhiệt như sau: H2NCONH2 đ NH3 + H2NCONHCONH2 H2NCONHCONH2 + H2NCONH2đ (NHCO)3 + NH3 (NHCO)3đ 3NHCO[10]. 3.3. Tiến hành thí nghiệm 3.3.1. Dụng cụ thí nghiệm - Cân điện tử với độ chính xác 0,1g dùng để kiểm tra độ ẩm của gỗ. - Tủ sấy: nhiệt độ tối đa 3000C, độ chính xác ±10C dùng để sấy mẫu theo tiêu chuẩn. - Cân đĩa dùng cân hóa chất để pha. - Thiết bị dùng để ngâm mẫu trong dung dịch Urea với nồng độ và thời gian khác nhau. - Thước kẹp điện tử dùng đo kích thước mẫu với độ chính xác 0,1mm. - Máy đo độ ẩm. - Máy ép nhiệt để nén mẫu. - Máy thử cơ lý. - Súng phun sơn. 3.3.2. Trình tự thí nghiệm 3.3.2.1. Tạo mẫu - Mẫu xác định khả năng co rút, giãn nở được cắt theo tiêu chuẩn TCVN360-70 sửa đổi và TCVN 361-70 sửa đổi với kích thước 30x30x10[14]. - Mẫu xác định giới hạn bền uốn tĩnh được cắt theo tiêu chuẩn TCVN 365-70 với kích thước 20x20x300[14]. - Mẫu xác định giới hạn bền khi nén dọc thớ được cắt theo tiêu chuẩn TCVN362-70 với kích thước 20x20x30[14]. - Mẫu xác định khối lượng thể tích được cắt theo tiêu chuẩn TCVN 360-70 sửa đổi với kích thước 20x20x30[14]. 3.3.2.2. Xử lý mẫu trong dung dịch Urea. Đem gỗ có độ ẩm 50 - 70 % ngâm vào dung dịch Urea với điều kiện nhiệt độ và áp suất trong phòng với các cấp nồng độ và thời gian thay đổi. N (%)= 5; 10; 15; 20; 25 t (ngày) = 2; 4; 6; 8;10 a) Ưu điểm của phương pháp: - Xử lý mẫu trong dung dịch Urea là phương pháp đơn giản không đòi hỏi thiết bị phức tạp, đắt tiền. - Với phân tử Urea nó có thể thấm sâu vào vùng kết tinh của Celluloza làm cho vùng kết tinh mở rộng và trở nên lỏng lẻo dẫn đến giữa các phân tử Celluloza với nhau phát sinh sự chuyển động tương đối do đó thể hiện tính dẻo của nó. b) Nhược điểm của phương pháp: - Urea là hóa chất tương đối đắt do đó phương pháp này chỉ áp dụng khi lượng gỗ tương đối nhiều để tránh lãng phí hóa chất. 3.3.2.3. Để ráo Gỗ sau khi xử lý để ráo cho gỗ tiếp tục được mềm hóa đồng thời Urea còn dư bay hơi rồi tiến hành nén gỗ. 3.3.2.4. Nén gỗ Phương pháp nén có hai phương pháp: phương pháp nén kín và phương pháp nén hở. Từ đặc thù của phương pháp thực nghiệm trên tôi chọn phương pháp nén kín cho nghiên cứu của mình. Gỗ được đưa vào khuôn nâng nhiệt độ bàn đến 1200C, tiếp đó nâng áp suất đến 1.5 MPa. Giữ nhiệt và giữ áp 30 phút nhằm đạt được tỷ suất nén là 45% như đã định, sau đó giảm áp từ từ và hạ mặt bàn ép xuống, lấy sản phẩm ra. Biểu đồ ép gỗ: giai đoạn đầu ta nâng áp từ từ khi đã đạt được áp suất như đã định giữ áp trong khoảng 30 phút thì tiến hành giảm áp từ từ 3 phút một lần. P(KG) t1=15 t2=30 t3=15 Thời gian ép(phút) 15 t(phút) áp suất ép(KG) Khuôn ép gỗ: khuôn ép có kích thước đúng bằng kích thước mẫu, mục đích của khuôn ép không làm cho gỗ bè ra để đạt được tỷ suất nén như đã định. 3.3.2.5. Để gỗ ổn định Sản phẩm được đặt trong phòng khoảng một tuần nhằm loại trừ nội ứng suất có thể suất hiện bên trong lòng sản phẩm và tránh phát sinh biến dạng khi sử dụng. 3.3.2.6. Sấy mẫu Sau khi nén song cắt mẫu theo tiêu chuẩn và tiến hành sấy những mẫu kiểm tra uốn tĩnh, nén dọc, khối lượng thể tích, kiểm tra khả năng trang sức được tiến hành sấy. Khi sấy duy trì nhiệt độ 600C trong 3 giờ sau đó tăng dần nên đến 1000C± 20C và sấy mẫu đến nhiệt độ khoảng 12%. Chương 4 kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả 4.1. Khả năng tăng khối lượng thể tích Khả năng tăng khối lượng thể tích của gỗ sau khi nén được trình bày ở bảng 4.1. Bảng 4.1. Khả năng tăng khối lượng thể tích của gỗ xử lý Urea N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 0.70 0.66 0.67 0.677 0.678 0.045 2 0.49 0.59 0.75 0.610 0.601 -0.009 3 0.78 0.65 0.45 0.627 0.633 0.006 4 0.59 0.70 0.49 0.593 0.545 -0.048 5 0.86 0.61 0.73 0.733 0.722 -0.052 6 0.54 0.45 0.57 0.520 0.577 0.057 7 0.84 0.72 0.58 0.713 0.681 -0.036 8 0.44 0.56 0.69 0.563 0.605 0.041 9 0.70 0.63 0.62 0.650 0.645 -0.005 Khối lượng thể tích của gỗ bồ đề không xử lý là 0.38 g/cm3. Từ kết quả thu được ở bảng 4.1 tôi xây dựng nên phương trình tương quan thể hiện ảnh hưởng của nồng độ và thời gian tẩm Urea. Phương trình tương quan: YTT = 0.645 + 0.052N - 0.016N2 + 0.036t + 0.008tN- 0.004t2 (4 - 1) Từ phương trình trên ta có đồ thị 4.1. Từ bảng 4.1 và đồ thị 4.1 trên ta có nhận xét: - Ta thấy rằng khối lượng thể tích của gỗ Bồ đề có xu hướng tăng dần khi nồng độ và thời gian ngâm Urea tăng. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do khi gỗ được xử lý với thời gian ngâm càng dài thì khoảng cách giữa các mixenlulo càng lớn làm cho cấu trúc của gỗ càng nên lỏng lẻo, mặt khác khi ngâm gỗ với nồng độ càng cao thì kết cấu gỗ bị phá vỡ càng mạnh, chính vì vậy gỗ sau khi xử lý tiến hành nén ép thì mật độ của gỗ tăng lên càng mạnh. - Qua kết quả nghiên cứu ta thấy rằng với cấp nồng độ 25% ứng với thời gian ngâm 10 ngày cho khối lượng thể tích rất lớn. t = 10 ngày t = 8 ngày t = 6 ngày t = 4 ngày t = 2 ngày Nồng độ (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ và thời gian ngâm Urea và khả năng tăng khối lượng thể tích của gỗ Bồ đề 4.2 . Khả năng phục hồi trở lại của gỗ sau khi nén Gỗ sau khi nén ép để trong môi trường thường có xu hướng phục hồi trở lại. Để đánh giá khả năng phục hồi trở lại của gỗ sau khi nén tôi tiến hành kiểm tra tỷ lệ phục hồi trở lại của gỗ sau khi nén 2 ngày. Khả năng phục hồi trở lại của gỗ sau khi nén được trình bày ở bảng 4.2. Từ kết quả bảng 4.2 tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu thị mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian tẩm Urea và tỷ lệ phục hồi trở lại sau khi nén của gỗ Bồ đề: YPH= 2.719 - 0.464N + 0.157N2 - 0.337t - 0.109tN +0.180 t2 (4 - 2) Từ phương trình ta vẽ được đồ thị 4.2. Bảng 4.2. Tỷ lệ phục hồi trở lại của gỗ sau khi nén N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 1.52 2.56 3.71 2.597 2.145 -0.451 2 2.35 4.44 3.29 3.360 3.293 -0.067 3 2.39 4.05 2.87 3.103 3.037 -0.066 4 2.97 3.28 4.04 3.430 3.748 0.318 5 1.76 2.46 1.46 1.893 2.411 0.518 6 4.96 3.53 2.28 3.590 3.340 -0.250 7 2.54 2.08 1.51 2.043 2.562 0.519 8 2.55 4.58 3.33 3.487 3.236 -0.251 9 3.80 2.24 2.92 2.987 2.719 -0.268 t = 10 ngày t = 2 ngày t = 4 ngày t = 6 ngày t = 8 ngày Nồng độ (%) Tỷ lệ phục hồi trở lại (%) Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian tẩm Urea và tỷ lệ phục hồi trở lại của gỗ sau khi nén Từ bảng 4.2 và đồ thị 4.2 ta thấy: - Tất cả các mẫu xử lý Urea qua nén ép đều phục hồi trở lại. Tuy nhiên, với mỗi cấp nồng độ và thời gian ngâm khác nhau thì tỷ lệ phục hồi trở lại cũng khác nhau. Với nồng độ và thời gian ngâm tăng thì cho tỷ lệ phục hồi trở lại càng thấp. - Nhìn vào đồ thị ta thấy ngay ứng với nồng độ 25% và thời gian ngâm 10 ngày thì tỷ lệ phục hồi trở lại là không đáng kể. Nguyên nhân là do các sợi gỗ đã được hóa dẻo sau khi ép gỗ bị dẹt xuống, lúc này các sợi gỗ sắp xếp theo một trật tự nhất định nào đó, khi tiếp xúc với môi trường ẩm thì nó sẽ hút ẩm nhưng lực phục hồi trở lại của gỗ lúc này yếu nên khả năng phục hồi trở lại của gỗ rất nhỏ. 4.3. K hả năng co rút, giãn nở của gỗ xử lý Urea Khả năng co rút, giãn nở của gỗ đã xử lý Urea được đánh giá theo tiêu chuẩn: Tỷ lệ co rút và giãn nở theo chiều dọc thớ < 1%. Tỷ lệ co rút và giãn nở theo chiều xuyên tâm: 2 - 7%. Tỷ lệ co rút và giãn nở theo chiều tiếp tuyến: 4 - 14%. 4.3.1 Khả năng co rút của gỗ xử lý Urea 4.3.1.1. Co rút dọc thớ Co rút dọc thớ của gỗ xử lý Urea được trình bày ở bảng 4.3. Bảng 4.3. Kết quả co rút dọc thớ của gỗ N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 0.52 0.23 0.17 0.307 0.213 -0.094 2 0.49 0.71 0.52 0.573 0.528 -0.045 3 0.53 0.44 0.52 0.497 0.500 0.004 4 0.45 0.72 0.52 0.563 0.616 0.053 5 0.18 0.05 0.09 0.107 0.141 0.035 6 0.62 0.61 0.53 0.587 0.573 -0.014 7 0.06 0.18 0.09 0.110 0.169 0.059 8 0.72 0.42 0.61 0.583 0.545 -0.039 9 0.53 0.44 0.62 0.530 0.751 0.041 Co rút dọc thớ của gỗ không xử lý là 0.8% Từ kết quả ở bảng 4.3 tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ và thời gian tẩm Urea đến tỷ lệ co rút dọc thớ của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan: YDT= - 0.239 + 0.073N - 0.002N2 + 0.189t - 0.005tN - 0.013t2 (4- 3) 4.3.1.2. Co rút xuyên tâm Kết quả kiểm tra co rút xuyên tâm của gỗ Bồ đề qua xử lý được trình bày ở bảng 4.4. Bảng 4.4. Co rút xuyên tâm khi đã qua xử lý N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 1.66 2.07 3.86 2.53 2.369 -0.161 2 2.07 4.15 3.14 3.12 3.039 -0.081 3 1.75 2.94 4.06 2.917 2.960 0.043 4 4.32 3.30 2.28 3.30 3.42 0.123 5 1.07 3.14 2.13 2.113 2.163 0.050 6 3.35 3.32 3.31 3.327 3.296 -0.030 7 2.21 2.13 2.01 2.117 2.229 0.112 8 3.31 3.26 3.32 3.297 3.204 -0.093 9 3.17 3.18 3.05 3.133 3.172 0.039 Co rút xuyên tâm của gỗ không xử lý Urea là 4.96%. Từ kết quả ở bảng 4.4 tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ và thời gian tẩm Urea đến tỷ lệ co rút theo phương xuyên tâm của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan: YXT= 2.269 + 0.107N - 0.004N2 + 0.297t - 0.005tN - 0.028t2 (4 - 4). 4.3.1.3. Co rút tiếp tuyến Kết quả kiểm tra khả năng co rút tiếp tuyến qua xử lý được trình bày ở bảng 4.5. Bảng 4.5. Khả năng co rút tiếp tuyến của gỗ Bồ đề qua xử lý Urea N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 5.24 3.14 4.80 4.393 4.110 -0.284 2 5.71 4.96 3.99 4.887 4.967 0.081 3 4.97 5.43 3.76 4.720 4.696 -0.024 4 5.26 4.04 5.86 5.053 5.394 0.341 5 5.12 4.06 3.07 4.083 4.391 0.307 6 5.86 5.94 4.97 5.590 5.169 -0.421 7 4.65 4.92 3.05 4.207 4.410 0.203 8 5.03 5.69 4.98 5.233 4.916 0.317 9 5.27 4.81 3.53 4.537 4.651 0.114 Co rút tiếp tuyến của gỗ Bồ đề chưa xử lý: 6.03%. Từ bảng 4.5 tôi xây dựng được phương trình biểu diễn mối tương quan giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và tỷ lệ co rút tiếp tuyến của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan: YTT = 4.651 - 0.389N + 0.129N2 - 0.253t -0.040tN + 0.012t2 (4 - 5) Từ phương trình (4-5) ta vẽ được đồ thị 4.3. Từ bảng 4.3, 4.4 và bảng 4.5, đồ thị 4.3 ta có nhận xét sau: - Co rút tiếp tuyến và xuyên tâm, dọc thớ tỷ lệ nghịch với các cấp nồng độ, tức là khi nồng độ tăng thì tỷ lệ co rút xuyên tâm, dọc thớ và tiếp tuyến giảm dần dần đến mức cân bằng. Với cấp nồng độ 20 - 25% thì gỗ hầu như ở trạng thái ổn định dần. - Tỷ lệ co rút xuyên tâm, dọc thớ và tiếp tuyến cũng giảm dần khi thời gian ngâm tăng dần. Điều này được giải thích như sau: khi nồng độ và thời gian ngâm Urea tăng dần thì làm cho độ hóa dẻo của gỗ tăng lên, do lượng Urea ngấm vào trong gỗ nhiều hơn làm cho kết cấu gỗ lỏng lẻo thuận lợi cho quá trình nén ép. Gỗ sau khi nén ép các tế bào bị ép dẹt xuống nên việc thoát hơi nước của gỗ kém, dẫn đến tỷ lệ co rút theo các phương đều nhỏ Nồng độ (%) t = 2 ngày t = 4 ngày t = 6 ngày t = 8 ngày t = 10 ngày Tỷ lệ co rút tiếp tuyến (%) Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và tỷ lệ co rút tiếp tuyến của gỗ Bồ đề Ta thấy với cấp nồng độ 25% ứng với thời gian ngâm 10 ngày thì cho ta tỷ lệ co rút xuyên tâm, dọc thớ và tiếp tuyến là nhỏ nhất. 4.3.2. Khả năng giãn nở của gỗ xử lý Urea 4.3.2.1. Khả năng giãn nở theo chiều dọc thớ Khả năng giãn nở theo chiều dọc thớ được trình bày ở bảng 4.6. Khả năng giãn nở của gỗ chưa xử lý là: 0.89%. Từ bảng 4.6 tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và tỷ lệ giãn nở theo chiều dọc thớ của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan biểu diễn quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm và khả năng giãn nở theo chiều dọc thớ. YDT = 0.147 + 0.054N - 0.002N2 + 0119t - 0.001tN -0.012t2 (4 - 6) Bảng 4.6. Khả năng giãn nở của gỗ xử lý Urea theo chiều dọc thớ N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 0.52 0.35 0.34 0.403 0.290 -0.114 2 0.72 0.61 0.49 0.607 0.542 -0.065 3 0.53 0.35 0.52 0.467 0.484 0.017 4 0.51 0.62 0.74 0.623 0.578 0.066 5 0.18 0.06 0.09 0.110 0.146 0.036 6 0.54 0.84 0.63 0.658 0.604 -0.013 7 0.05 0.19 0.27 0.167 0.244 0.077 8 0.62 0.89 0.41 0.640 0.586 -0.054 9 0.53 0.72 0.43 0.560 0.607 0.047 4.3.2.2. Giãn nở theo chiều xuyên tâm Khả năng giãn nở của gỗ Bồ đề theo chiều xuyên tâm qua xử lý ở bảng 4.7. Bảng 4.7. Giãn nở xuyên tâm gỗ qua xử lý Urea N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 3.86 2.00 2.36 2.740 2.414 -0.326 2 4.36 2.23 3.36 3.317 3.382 0.065 3 3.12 2.34 3.92 3.127 3.083 -0.044 4 3.32 2.98 4.48 3.593 3.941 0.348 5 2.56 2.01 2.13 2.233 2.603 0.370 6 3.12 4.95 3.72 3.930 3.517 -0.413 7 3.46 2.12 2.01 2.530 2.791 0.216 8 3.58 2.87 4.68 3.710 3.406 -0.304 9 3.02 2.03 3.68 2.910 2.953 0.043 Giãn nở xuyên tâm của gỗ chưa xử lý là: 4.87%. Từ bảng số liệu trên tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và tỷ lệ giãn nở của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan: YXT = 2.953 - 0.457N + 0.107N2 - 0.307t - 0.027t N + 0.145t2 (4 - 7). Từ bảng 4.7 và phương trình (4-7) tôi vẽ đồ thị 4.4. t = 2 ngày t = 4 ngày t = 6 ngày Tỷ lệ dãn nở xuyên tâm (%) Nồng độ(%) Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và tỷ lệ giãn nở xuyên tâm gỗ Bồ đề t = 8 ngày t = 10 ngày 4.3.2.3. Giãn nở tiếp tuyến Kết quả kiểm tra về giãn nở tiếp tuyến của gỗ bồ đề xử lý bằng Urea được trình bày ở bảng 4.8. Giãn nở tiếp tuyến của gỗ chưa xử lý là: 5.86% Từ bảng số liệu trên ta xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian và giãn nở tiếp tuyến của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan: YTT = 5.270 - 0.060N + 0.001N2 - 0.028t - 0.002tN + 0.001t2 (4- 8). Bảng 4.8. Giãn nở tiếp tuyến của gỗ xử lý bằng Urea N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 4.24 4.14 4.19 4.190 4.096 -0.094 2 4.79 4.45 4.50 4.580 4.492 -0.088 3 4.24 4.36 4.32 4.307 4.305 -0.001 4 4.61 4.51 4.73 4.617 4.621 0.004 5 4.12 4.06 4.04 4.083 4.109 0.025 6 4.88 4.86 4.66 4.800 4.820 0.020 7 4.06 4.27 4.05 4.127 4.195 0.069 8 4.17 4.87 4.63 4.557 4.533 -0.024 9 4.35 4.30 4.11 4.253 4.343 0.090 Từ bảng 4.6, 4.7 và 4.8, đồ thị 4.4 tôi có nhận xét sau: - Tỷ lệ giãn nở dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến đều có xu hướng giảm dần khi nồng độ và thời gian ngâm Urea tăng dần. - Tỷ lệ giãn nở của gỗ đã qua xử lý nhỏ hơn tỷ lệ giãn nở của gỗ không qua xử lý. Bởi vì, tốc độ khuếch tán của Urea trong gỗ lớn hơn tốc độ khuếch tán của nước. Do vậy khoảng cách giữa các mixenllulo lớn làm cho cấu trúc vách tế bào trở nên lỏng lẻo. Mặt khác, phân tử Urea có thể thấm sâu vào vùng kết tinh làm cho vùng kết tinh mở rộng và trở nên lỏng lẻo. Chính vì vậy khi nén xuống cho ta sẩn phẩm có tỷ lệ giãn nở thấp. Ta thấy với nồng độ 25% và thời gian ngâm 10 ngày thì gỗ giãn nở bé nhất. Nhận xét chung về tỷ lệ co rút, giãn nở: - Chênh lệch giữa tỷ lệ giãn nở và co rút của gỗ đã xử lý Urea là đáng kể. - Cùng với sự tăng nồng độ và thời gian ngâm Urea thì tỷ lệ co rút và giãn nở của gỗ xử lý đêu có xu hướng giảm dần. Nguyên nhân là do khi phân tử Urea tiếp cận với các cầu nối - OH thì phản ứng xảy ra kết cấu của đại phân tử gỗ được sắp xếp lại để có thể dung nạp được thể tích của dung dịch làm cho kết cấu gỗ càng trở nên lỏng lẻo tạo điều kiện tốt cho quá trình nén ép về sau. - Tác dụng mềm hóa của dung dịch Urea biểu hiện rõ rệt đối với Lignin và đường bậc cao nó làm trương nở thành phần này. Lignin bị mềm hóa phát sinh biến dạng chuyển vị nhưng chuỗi phân tử không bị hòa tan hay phân ly hoàn toàn, đồng thời những Lignin lỏng lẻo liên kết với đường bậc cao, càng thể hiện trạng thái hóa dẻo. Khác với phân tử nước Urea có thể thấm sâu vào vùng kết tinh của Cellulose làm cho vùng kết tinh mở rộng và trở nên lỏng lẻo, dẫn đến giữa các phân tử Cellulose với nhau phát sinh chuyển động tương đối, nó thể hiện càng rõ tính dẻo. Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nén ép sau này. 4.4. Khả năng trang sức bề mặt của gỗ xử lý Urea Đề tài của tôi chỉ tiến hành thử khả năng trang sức của gỗ đã xử lý Urea qua kiểm tra độ bám dính của màng phủ sơn P.U lên bề mặt gỗ. Tiêu chuẩn kiểm tra là ГOCT 15140-78. Với phương pháp kiểm tra là rạch ô vuông. Ta rạch các đường song song trên mặt màng trang sức thành các ô vuông 2 mm. Nguyên tắc rạch là rạch sao cho mũi dao trích trạm mặt ván nền, ở mũi dao cắt đó sinh ra một lực có tác dụng xô trượt màng trang sức ra khỏi mặt ván nền. Nếu độ bám dính của màng phủ tốt sẽ thắng lực trượt này [7], [6], [13], [14]. Kết quả kiểm tra độ bám dính của màng phủ P.U theo phương pháp rạch này được trình bày ở bảng 4.9. Từ bảng 4.9 trên ta có nhận xét sau: Ta biết rằng tiêu chuẩn để xác định độ bám dính là số lượng ô bong phải< 5% ô/100 là mẫu đạt độ bám dính cao. Từ bảng số liệu ta thấy số lượng ô bị bong là < 5% như vậy là đạt độ bám dính cao. Đối với mẫu đối chứng thì số ô bong cao hơn mẫu xử lý Urea. Mẫu xử lý có nồng độ cao, thời gian ngâm lâu thì độ bám dính càng cao. Điều này được giải thích như sau: Bảng 4.9. Độ bám dính màng phủ P.U N0 N (%) t (Ngày) Số ô bong Mô tả trạng thái trang sức bề mặt khi tạo ra các vết rạch 1 20 8 Không Các đường cắt nhẵn không có dấu hiệu ô vuông bị bong 2 10 8 Không Có hiện tượng màng trang sức vuông bị bong dạng vẩy 3 20 4 Không Các đường cắt nhẵn không có dấu hiệu ô vuông bị bong 4 10 4 1 ô bong Có hiện tượng màng trang sức bị bong dạng vẩy. 5 25 6 Không Các đường cắt nhẵn không có dấu hiệu ô vuông bị bong 6 5 6 2 ô bong Có hiện tượng màng trang sức bị bong dạng vẩy 7 15 10 Không Các đường cắt nhẵn không có dấu hiệu ô vuông bị bong 8 15 2 2 ô bị bong Có hiện tượng màng trang sức bị bong dạng vẩy 9 15 6 Không Các đường cắt nhẵn không có dấu hiệu ô vuông bị bong Đối chứng 3 ô bong Có hiện tượng màng trang sức bị bong dạng vẩy Khi trang sức nên bề mặt gỗ không xử lý Urea thì độ nhẵn của ván nền sẽ ảnh hưởng đến độ bóng, độ bám dính và độ ẩm của ván nền cũng ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng màng trang sức. Nếu độ ẩm ván nền lớn thì ván nền bị co rút, khi đó màng trang sứ sẽ bị rạn nứt. Mẫu xử lý Urea mục đích là tăng khối lượng thể tích tăng lên làm cho bề mặt ván nền nhẵn, màng trang sức có độ bóng cao, mức độ hút ẩm trương giãn trở lại ít dẫn tới bề mặt trang sức không bị bong và rạn nứt. Chính vì vậy khi trang sức gỗ xử lý bằng Urea cho bề mặt nhẵn bóng và khả năng bám dính cao hơn. Sở dĩ khi nồng độ và thời gian ngâm Urea càng cao thì khả năng bám dính càng cao là do dung dịch khuếch tán vào trong gỗ nhiều hơn làm cho kết cấu gỗ càng lỏng lẻo khi nén ép xuống khối lượng thể tích càng tăng trương giãn trở lại càng ít. 4.5. Khả năng uốn tĩnh của gỗ xử lý Urea 4.5.1 Khả năng uốn tĩnh xuyên tâm Khả năng uốn tĩnh xuyên tâm của gỗ Bồ đề được trình bày ở bảng 4.10. ứng suất uốn tĩnh xuyên tâm của gỗ không xử lý là: 501.25 KG Từ số liệu bảng 4.10 tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và ứng suất uốn tĩnh xuyên tâm của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan biểu diến mối quan hệ giữa ứng suất uốn tĩnh và nồng độ, thời gian ngâm. YUXT = 930.181 + 4.188N- 57.731N2 + 82.825t + 68.148tN - 64.287t2 (4-10) Bảng 4.10. ứng suất uốn tĩnh xuyên tâm của gỗ đã qua xử lý Urea N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 759.44 906.64 1025.08 897.053 963.325 66.272 2 843.62 953.73 730.48 842.610 818.652 -23.958 3 882.98 819.11 100.89 600.993 661.379 60.385 4 725.39 804.55 927.49 819.143 789.299 -29.845 5 891.25 1148.05 970.59 1003.297 876.639 -126.675 6 819.18 703.72 920.48 814.460 868.263 53.803 7 955.61 1040.27 977.22 991.033 948.719 -42.314 8 814.56 916.98 709.29 813.610 783.069 -30.541 9 962.06 750.41 859.51 857.327 930.181 72.855 4.5.2. Khả năng uốn tĩnh tiếp tuyến Khả năng uốn tĩnh tiếp tuyến của gỗ Bồ đề đã xử lý Urea được trình bày ở bảng 4.11. Bảng 4.11. ứng suất tiếp tuyến của gỗ Bồ đề qua xử lý Urea N0 Y Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 709.60 821.58 974.58 835.253 897.455 62.202 2 859.85 651.44 754.14 755.043 772.872 17.829 3 722.89 884.84 950.35 852.693 849.280 -3.413 4 648.57 952.19 748.40 783.053 735.276 -47.786 5 933.00 1058.54 819.26 936.933 878.145 -58.789 6 831.67 736.82 618.18 728.890 758.847 29.957 7 1020.68 929.44 819.67 923.263 843.233 -80.031 8 853.44 751.89 642.10 749.143 800.343 51.199 9 915.37 648.57 793.26 797.733 826.565 28.831 ứng suất uốn tĩnh tiếp tuyến của gỗ chưa xử lý là: 491.93 KG Từ bảng số liệu trên tôi xây dựng được phương trình tương quan biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và khả năng uốn tĩnh tiếp tuyến như sau. Phương trình tương quan: YUTT = 826.565 + 59.649N - 8.069N2 + 21.445t + 2.643t N - 4.777t 2 (4-11). Từ kết quả thu được ở bảng 4.10 và bảng 4.11 ta có một số nhận xét: - Khi nồng độ và thời gian ngâm Urea tăng dần thì ứng suất uốn tĩnh xuyên tâm và tiếp tuyến cũng tăng dần. Nguyên nhân: khi thời gian ngâm càng lâu làm cho cấu trúc của gỗ càng lỏng lẻo. Mặt khác khi nồng độ cao thì kết cấu gỗ càng bị phá vỡ mạnh, nó thuận lợi cho quá trình nén ép sau này. - Với cấp nồng độ 25% và thời gian 10 ngày cho ứng suất uốn tĩnh xuyên tâm và tiếp tuyến của gỗ Bồ đề là lớn nhất. 4.6. Khả năng ép dọc thớ ứng suất ép dọc thớ của gỗ Bồ đề khi đã được xử lý Urea ở bảng 4.12. Bảng 4.12. ứng suất ép dọc của gỗ đã qua xử lý Urea N0 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost 1 718.40 541.44 483.77 581.203 663.779 82.576 2 422.57 443.26 648.27 504.700 520.995 16.295 3 431.05 645.26 426.48 500.930 510.985 10.055 4 404.70 450.28 695.65 515.877 459.651 -56.225 5 990.63 520.23 563.46 691.440 598.809 -92.631 6 582.07 405.16 398.23 461.820 501.750 39.930 7 905.41 520.14 554.09 659.880 561.009 -98.871 8 525.77 391.47 306.07 407.770 453.940 46.170 9 547.35 414.73 436.52 466.200 518.901 52.701 Khả năng ép dọc của gỗ chưa xử lý là: 298.08 KG Từ kết quả bảng trên tôi xây dựng được phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ, thời gian ngâm Urea và ứng suất ép dọc của gỗ Bồ đề. Phương trình tương quan: YED = 518.901+ 48.529N + 31.378N2+ 53.534t + 22.863tN - 11.427t2 (4-12). Từ bảng 4.12 ta có một số nhậnh xét như sau: - ứng suất ép dọc của gỗ Bồ đề có xu hướng tăng dần khi nồng độ và thời gian ngâm tăng. Sở dĩ như vậy là do khi tăng nồng độ thì kết cấu gỗ bị phá vỡ nhanh, mặt khác khi thời gian ngâm lâu làm cho khoảng cách giữa các mixxenllulo tăng dẫn tới cấu trúc tế bào càng lỏng lẻo. Thuận lợi cho quá trình nén ép tăng mật độ. - Nhìn vào kết quả thấy với cấp nồng độ 25% và thời gian 10 ngày thì ứng suất ép dọc là lớn nhất. Nhận xét chung về tính chất cơ học: Gỗ sau khi xử lý Urea thì tính chất cơ học của gỗ tăng nên rất nhiều. Mà nguyên nhân là do: + Do tế bào và vách tế bào được ép dẹt ra làm tăng thêm mật độ của gỗ. + Do kết cấu gỗ xốp lỏng lẻo mà mềm hóa làm cho ứng suất của các tổ chức đã bị triệt tiêu một cách tối đa và làm giảm bớt mức độ chênh lệch dị hướng dị tính của phương xuyên tâm và tiếp tuyến. Trong đó ảnh hưởng nhất là sự gia tăng của mật độ. 4.7. Đánh giá chung 4.7.1. Khả năng co rút, giãn nở của gỗ Bồ đề xử lý Urea Từ kết quả co rút, giãn nở ta thấy rằng: Gỗ sau khi được ngâm Urea thì tỷ lệ co rút, giãn nở của gỗ giảm đi nhiều so với mẫu không qua xử lý. Điều này cho thấy gỗ sau khi được xử lý hóa mềm bằng Urea và qua nén ép thì cho kết quả tốt về khả năng co rút, giãn nở. Qua các nghiên cứu trên cho thấy ở cấp nồng độ 25% và thời gian ngâm 10 ngày cho hiệu quả xử lý mềm hóa gỗ là lớn nhất. 4.7.2. Khả năng làm tăng tính chất cơ học Để tăng được tính chất cơ học của gỗ sau khi nén ép thì nhất thiết phải tiến hành mềm hóa gỗ. Mặt khác nếu gỗ chỉ được hóa mềm thì tính chất cơ học của gỗ không tăng nên mà còn bị giảm xuống. Nguyên nhân là do khi gỗ qua xử lý Urea trong gỗ có sự chuyển dời của các thành phần trong vách tế bào làm cho bản chất của gỗ trở nên xốp lỏng lẻo. Do vậy khi gỗ đã được hóa mềm tôi tiến hành nén ép tăng mật độ gỗ, ứng suất của các tổ chức đã bị triệt tiêu một cách tối đa, làm giảm bớt mức độ chênh lệch dị hướng dị tính của phương xuyên tâm và tiếp tuyến. Chính vì vậy mà tính chất cơ học của gỗ tăng nên đáng kể. Ngoài ra ta thấy khi mật độ tăng lên thì khối lượng thể tích cũng tăng lên. Qua nghiên cứu cho thấy với cấp nồng độ 25% và thời gian ngâm 10 ngày cho tính chất cơ học và khối lượng thể tích là lớn nhất. 4.7.3. Khả năng trang sức của gỗ xử lý Urea Từ kết quả thu được ở bảng 4.9 ta thấy : Gỗ sau khi xử lý mềm hóa bằng Urea qua nén ép thì cho độ bám dính của màng phủ P.U lên bề mặt gỗ là rất tốt. Nguyên nhân là do gỗ sau khi qua nén ép thì khả năng hút ẩm và phục hồi trở lại nhỏ. Như vậy, gỗ sau khi nén ép cho hiệu quả sử dụng cao. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà chúng ta có những mức xử lý (nồng độ, thời gian) khác nhau. Qua nghiên cứu ta thấy với nồng độ 25% và thời gian ngâm Urea là 10 ngày thì độ bám dính của màng phủ lên bề mặt gỗ đã qua nén ép là rất cao. Kết luận và kiến nghị Kết luận 1. Tỷ lệ co rút và giãn nở của gỗ xử lý bằng Urea sau khi qua nén ép giảm đi, điều này cho thấy hiệu quả xử lý hóa mềm gỗ là rất lớn. 2. Gỗ sau khi xử lý hóa mềm bằng Urea và qua nén ép có tính chất cơ học, khối lượng thể tích tăng lên đáng kể. Vì vậy có thể sử dụng chúng trong sản xuất đồ mộc, ván sàn và một số sản phẩm khác. 3. Độ bám dính của màng phủ P.U lên bề mặt gỗ đã xử lý bằng Urea tốt hơn nhiều so với gỗ không được xử lý. Như vậy, việc làm mềm gỗ bằng Urea và việc nén gỗ nâng cao tính chất cơ học và khối lượng thể tích có ảnh hưởng tốt đến chất lượng màng trang sức. 4. Gỗ được xử lý hóa mềm bằng Urea có khả năng chống lại sự xâm nhập của nấm mốc, nâng cao tuổi thọ của gỗ. 5. Xử lý mềm hóa gỗ bằng Urea có thể dùng ở các cấp nồng độ 5%, 10%, 15%, 20%, 25% và thời gian: 2, 4, 6, 8, 10 ngày. Tuy nhiên, với nồng độ 25% và thời gian 10 ngày thì hiệu quả xử lý cao hơn mà vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu về kinh tế và môi trường. Kiến nghị 1. Để nâng cao khả năng sử dụng của gỗ mọc nhanh rừng trồng cần tiếp tục những nghiên cứu về mềm hóa gỗ ở các loại hóa chất và các phương pháp khác nhau. 2. Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian ngâm gỗ trong Urea đến chất lượng trang sức bề mặt gỗ bằng các loại chất phủ khác. 3. Cần phải nghiên cứu các giải pháp để làm sao đưa Urea vào trong gỗ nhằm đạt hiệu quả cao mà thời gian xử lý ngắn. 4. Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của Urea tới các chỉ tiêu về môi trường và giá thành sản phẩm. 5. Cần nghiên cứu các giải pháp nhằm hạn chế sự phục hồi của gỗ sau khi nén ép gỗ đã qua hóa mềm. tài liệu tham khảo 1. Lê Hữu Bá (1999), Hóa học cao phân tử và hợp chất tự nhiên, chương trình cao học ngành chế biến lâm sản, trường Đại học Lâm Nghiệp. 2. Hồ Xuân Các, Phạm Văn Khang, Phạm Đức Thuội, Lễ Xuân Tình (1976), giáo trình khoa học gỗ, NVB Nông nghiệp Hà Nội. 3. Trần Văn Chứ (2003) Công nghê trang sức vật liệu gỗ, NXB Nông nghiệp Hà Nội. 4. Hà Chu Chử (1997), Hóa học công nghệ hóa lâm sản, NXB Nông nghiệp Hà Nội. 5. Hà Chu Chử, Hoàng Thúc Đệ (1998), Công nghệ hóa lâm sản, Trường Đại học Lâm Nghiệp. 6. Lý Khánh Chương (1990), Trang sức bề mặt ván nhân tạo, NXB Lâm nghiệp Đông Bắc – Trung Quốc. 7. Phạm Văn Chương, Khả năng sử dụng gỗ rừng trồng trong công nghiệp gỗ ở các vùng nhiệt đới. Xu hướng phát triển và sử dụng lâm sản ngoài gỗ ở Việt Nam và các vùng Đông Nam á. 8. Hoàng Thúc Đệ (2000), Tiêu chuẩn chất lượng ván dăm và MDF dùng làm ván nền để trang sức, chuyên đề đào tạo và nghiên cứu khoa học(10) Trường Đại học Lâm Nghiệp. 9. Nguyễn Minh Hùng, sự thấm ẩm và hút dung dịch ẩm trong gỗ, Tạp trí Nông nghiệp và phát triển nông thôn 10/2003. 10. Nguyên Đình Hưng, một số tính chất vật lý và cơ học của ba loài keo ở tuổi năm và sáu tại rừng trồng thí nghiệm Ba Vì, thông tin khoa học lâm nghiệp , Viên khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 1/2/1997. 11. Nguyễn Đình Hưng , khoa học gỗ , Trường Đại học Lâm Nghiệp. 12. Đoàn văn Kính , ảnh hưởng của một số hóa chất bảo quản đến ứng lực nén dọc và uốn tĩnh của gỗ, thông tin khoa học lâm nghiệp , Viên khoa học Lâm nghiệp Việt Nam số 1/2/1992. 13. Từ Hạo Sinh (2003), nâng cao chất lượng của gỗ theo hướng biến tính, NXB Bắc Kinh Trung Quốc. 14. Lê Xuân Tình (1998) khoa học gỗ NXB Nông nghiệp Hà Nội. 15. Hồ Sĩ Tráng, cơ sở hóa học gỗ và Cellulose, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội-NXB khoa học kỹ thuật. 16. Tiêu chuẩn Việt Nam (1998), Tiêu chuẩn về gỗ và sản phẩm từ gỗ. 17. Tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng màng trang sức, (1998) NXB Công nghiệp rừng Matxcova, cộng hòa Liên Bang Nga. 18. Tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng màng trang sức, (1998) NXB Lâm nghiệp Bắc Kinh Trung Quốc. 19. Hội khoa học kỹ thuật lâm nghiệp thành phố Hồ Chí Minh (1994), Hóa học gỗ và công nghệ chế biến hóa học gỗ. 20. Hiroshi Jnno, Recent reseach on wood and wood based, Materal- Society of Material Science. 21. Chao Chison (China) Hikaru (Japan) Hua Yu Kun (china), Properties and Ulitization of fast grooving Tree, China Foretry puplishing Huse. 22. Hoàng Tiến Đượng (2003), Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm chất lượng cao làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc trong điều miền Bắc Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật.