Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt một số loài gỗ Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:147

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án “Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt một số loài gỗ Việt Nam” góp phần bổ sung thông tin cho cơ sở lý thuyết của công nghệ biến tính nhiệt nói chung, và công nghệ biến tính nhiệt trong điều kiện môi trường không khí áp suất khí quyển nói riêng. Đồng thời làm căn cứ cho việc xác định thông số công nghệ để đề xuất chế độ biến tính nhiệt phù hợp cho 3 loài gỗ rừng trồng mọc nhanh phổ biến ở khu vực phía Nam Việt Nam là gỗ Thông ba lá, gỗ Bạch tùng và gỗ Cao su.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt một số loài gỗ Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH cc&dd HOÀNG VĂN HÒA NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH NHIỆT MỘT SỐ LOÀI GỖ VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế biến lâm sản Mã số: 9 54 90 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP.HCM – Năm 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH cc&dd HOÀNG VĂN HÒA NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH NHIỆT MỘT SỐ LOÀI GỖ VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế biến lâm sản Mã số: 9 54 90 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đặng Đình Bôi TP.HCM – Năm 2023
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của Quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn chân thành nhất, cho phép tôi xin được gởi lời cảm ơn đến: Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi được công tác, học tập và nghiên cứu tại Trường; Ban Chủ nhiệm Khoa Lâm Nghiệp, Quý Thầy Cô Bộ môn Kỹ nghệ gỗ & Công nghệ giấy và Bộ môn Thiết kế đồ gỗ nội thất; Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ thực phẩm và Ban Giám đốc Viện Công nghệ sinh học Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh; Quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ hóa học – Khoa Công nghệ thực phẩm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật; Tập thể Cán bộ công nhân viên Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Lâm sản, Giấy & Bột giấy – Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh; Ban Giám đốc Công ty Lâm Nghiệp Đơn Dương – Tỉnh Lâm Đồng; Ban Giám đốc Công ty Kim Thành A – Thị xã Thuận An, Tỉnh Bình Dương; Ban Giám đốc Công ty TNHH Sản xuất, Thương mại và Dịch vụ Trường Tiền. PGS.TS. Đặng Đình Bôi đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Xin gởi lời biết ơn đến sự cổ vũ, động viên và ủng hộ từ gia đình để tôi có thể hoàn thành được luận án này. Xin gởi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè và anh chị em đồng nghiệp đã hỗ trợ tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận án. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2023 Nghiên cứu sinh Hoàng Văn Hòa i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ mang tên “Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt một số loài gỗ Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận án là hoàn toàn trung thực. Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án tiến sĩ về lời cam đoan của mình. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2023 Nghiên cứu sinh Hoàng Văn Hòa ii
TÓM TẮT Công nghệ biến tính gỗ bằng nhiệt độ cao là công nghệ đã được nghiên cứu từ khá lâu trên thế giới. Đây là công nghệ đã được thế giới khẳng định là giải pháp thân thiện với môi trường do chỉ sử dụng nhiệt mà không thêm bất kỳ loại hóa chất nào khi xử lý gỗ. Sản phẩm gỗ biến tính nhiệt thường được sử dụng trong các công trình kiến trúc cảnh quan và sản xuất đồ nội thất cao cấp. Luận án với tên “Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt một số loài gỗ Việt Nam” đã được tiến hành nhằm xác định mối liên hệ giữa thông số công nghệ biến tính nhiệt với các chỉ tiêu chất lượng của gỗ đồng thời xác định chế độ biến tính phù hợp cho 3 loại gỗ gồm Thông ba lá (Pinus insularis), gỗ Bạch tùng (Dacrycarpus imbricatus) và gỗ Cao su (Hevea brasiliensis). Từ mục tiêu đã đề ra, luận án đã tiến hành áp dụng quy trình biến tính gỗ tươi (độ ẩm 80 – 85%) trong môi trường không khí với áp suất khí quyển bằng lò biến tính gỗ thí nghiệm với 5 bước cơ bản gồm: (1) làm nóng, (2) sấy gỗ ở nhiệt độ 135 oC, (3) gia nhiệt trước biến tính, (4) biến tính ỗ ở các cấp nhiệt độ biến thiên trong khoảng 170 oC đến 210 oC (các cấp nhiệt độ được lựa chọn dựa trên mô hình bài toán quy hoạch thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố) và (5) làm nguội. Mẫu gỗ sau khi biến tính ở các chế độ khác nhau được tiến hành kiểm tra các tính chất vật lý, cơ học, màu sắc, khả năng kháng nấm mốc, kháng mối và cấu tạo hiển vi của gỗ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, gỗ biến tính nhiệt của 3 loại gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su của Việt Nam có các đặc tính được cải thiện rất rõ rệt. Cụ thể: - Mức độ hao hụt khối lượng riêng của ba loại gỗ khá lớn, và có xu hướng tăng lên khi tăng nhiệt độ xử lý và kéo dài thời gian xử lý. Mức độ hao hụt dao động trong khoảng từ 3% đến 21%. - Gỗ sau khi biến tính có hiệu quả cách ẩm (MEE) rất cao, lớn hơn đến 50% so với gỗ không biến tính, gỗ biến tính đạt độ ẩm thăng bằng trong khoảng 6 – 8% ở điều kiện nhiệt độ 20 oC, độ ẩm tương đối 65%. iii
- Độ ổn định kích thước của gỗ biến tính tăng rõ rệt khi nhiệt độ và thời gian biến tính tăng lên. Cụ thể: ASE của gỗ Cao su dao động từ 30% đến 50%, gỗ Thông ba lá từ 12% đến 40%, gỗ Bạch tùng từ 20% đến 40%. - Hiệu suất chống hút nước của gỗ biến tính có tăng khi nhiệt độ và thời gian tăng lên, tuy nhiên mức độ tăng không lớn. Trong đó, WRE của gỗ Cao su dao động từ 12% đến 18%, gỗ Thông ba lá từ 5% đến 12%, gỗ Bạch tùng là từ 2% đến 15%. - Độ bền uốn tĩnh của gỗ giảm xuống khá nhiều, mức độ giảm độ bền uốn tĩnh có thể lên tới trên 30% với gỗ Bạch tùng, trên 40% với gỗ Thông ba lá, độ bền uốn tĩnh gỗ Cao su biến tính giảm ít nhất trong ba loại gỗ. - Độ bền nén dọc thớ gỗ của gỗ Cao su tăng lên, trong khi độ bền nén dọc thớ của gỗ Thông ba lá và gỗ Bạch tùng giảm xuống. - Màu sắc gỗ biến tính nhiệt trở nên sẫm hơn khi nhiệt độ và thời gian biến tính tăng, và giống với màu sắc của một số loại gỗ có giá trị kinh tế cao của Việt Nam. Có thể điều khiển thông số công nghệ biến tính nhiệt để tạo ra gỗ có màu sắc theo ý muốn. - Khả năng chống sinh vật (nấm mốc và mối) của 3 loại gỗ sau khi biến tính nhiệt tăng đáng kể. Qua đó cho thấy, áp dụng công nghệ biến tính nhiệt đã cải thiện được độ bền sinh học của gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su. - Các mô hình toán học quan hệ giữa tính chất vật lý và tính chất cơ học của gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su là dạng bậc 2, và có thể sử dụng làm cơ sở để giải bài toán tối ưu với hàm mục tiêu là các tính chất/chỉ tiêu chất lượng của gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su biến tính nhiệt. - Gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su biến tính không bị thay đổi cấu trúc hiển vi ở hầu hết các chế độ biến tính. Căn cứ các chỉ tiêu chất lượng, tính chất đã kiểm tra cho thấy, gỗ biến tính từ 3 loại gỗ này hoàn toàn phù hợp với điều kiện môi trường trong nhà, những nơi có hơi ẩm thường xuyên và điều kiện ngoài trời nhưng không được tiếp xúc trực tiếp với nước quá lâu (hiệu suất chống hút nước thấp, hiệu quả cách ẩm cao, độ bền sinh học tăng nhiều lần…). iv
SUMMARY The wood modification technology by high temperature that called wood thermal modification or wood heat treatment has been studied for a long time in the world. This is an environmentally friendly solution for treating wood because it only uses heat, and do not adding any chemicals in the process. Thermal-modified wood or heat-treated wood products are often used in landscape architecture and high-class furniture production. The dissertation entitled "Study on thermal modification technology of some Vietnamese wood species" was conducted to determine the relationship between thermal modification technology parameters and quality parameters of wood, and also determine the suitable parameters of thermal modification for 3 types of wood included Baguio pine (Pinus insularis), Podocarp wood (Dacrycarpus imbricatus) và Rubber wood (Hevea brasiliensis). Based on the objectives of this dissertation, the thermal modification process in air with ambient atmosphere has applied to treating green wood (moisture content about 80 – 85%) of 3 wood species by a laboratory drying chamber through 5 steps that included: (1) Heating timber, (2) Drying wood at a temperature of 135 oC, (3) Increasing heat before thermal modification (4) Modifying wood at some temperature levels in the range of 170 oC to 210 oC (temperature levels were selected based on designed experiments), and (5) Cooling. After thermal modification, physical, mechanical properties, color, mold resistance, termite resistance and microscopic structure of wood were tested. The research results show that the quality of 3 types of Baguio pine, Podocarp and Rubber wood has significantly improved. The details are as below: - Thermal-modified wood had a very high Moisture Exclusion Efficiency (MEE), up to 50% greater than that of unmodified wood, the equilibrium moisture content of thermal-modified wood was in the range of 6 – 8% at a temperature of 20 oC and 65% relative humidity. v
- The dimensional stability (Anti-Swelling Efficiency - ASE) of the thermal- modified wood increased as the increasing of temperature and time of process. Specifically, the ASE of rubber wood ranged from 30% to 50%, Baguio pine wood from 12% to 40%, Podocarp wood from 20% to 40%. - The Water Repellent Effectiveness (WRE) of thermal-modified wood increased with increasing temperature and time of process, but the change was not significant. The WRE of Rubber wood ranges from 12% to 18%, Baguio pine wood from 5% to 12%, Podocarp wood from 2% to 15%. - The Modulus of Rupture (MOR) of wood was significant reduced, the reduction in MOR can be up to over 30% for Podocarp, 40% for Baguio pine, and MOR of Rubber wood was reduced at least in three types of wood. - The compressive strength along the grain of Rubber wood was increased, while the compressive strength of the Baguio pine and Podocarp wood was decreased. - The color of thermal-modified wood became darker as the temperature and time of process increased, and was similarly the color of some high-value wood species in Vietnam. It is possible to control the parameter of thermal modification technology to create wood with the desired color. - The resistance to organisms (mildew and termites) of 3 types of wood after thermal modification was increased significantly. The results shown that applying thermal modification has improved the biological durability of Baguio pine, Podocarp and Rubber wood. - Mathematical models of the relationship between physical and mechanical properties of Baguio pine, Podocarp and Rubber wood were quadratic, and could be used as a basis for solving optimization problems with objective functions. - Thermal modification in designed experiment of this study did not change the microscopic structure of Baguio pine, Podocarp and Rubber wood. Based on the quality criteria and tested properties of thermal-modified wood, it was shown that modified wood from these 3 wood species was completely suitable for indoor and outdoor conditions without contact to water for long duration. vi
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii TÓM TẮT................................................................................................................ iii SUMMARY ............................................................................................................... v MỤC LỤC .............................................................................................................. vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................... x DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...............................................................xiv MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu .............................................................. 1 2. Mục tiêu của luận án ...................................................................................... 2 2.1. Mục tiêu tổng quát ........................................................................................ 2 2.2. Mục tiêu cụ thể .............................................................................................. 2 3. Ý nghĩa khoa học của luận án ....................................................................... 3 4. Ý nghĩa thực tiễn của luận án ....................................................................... 3 5. Đối tượng nghiên cứu của luận án ................................................................ 3 6. Nội dung nghiên cứu của luận án ................................................................. 4 7. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 4 Chương 1 TỔNG QUAN .......................................................................................... 6 1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về gỗ biến tính nhiệt .......................... 6 1.1.1. Nghiên cứu liên quan đến độ ổn định kích thước và độ hút ẩm của gỗ ... 12 1.1.2. Nghiên cứu liên quan đến độ bền cơ học của gỗ...................................... 13 1.1.3. Nghiên cứu liên quan đến màu sắc của gỗ ............................................... 14 1.1.4. Nghiên cứu liên quan đến độ bền sinh học của gỗ ................................... 15 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về biến tính nhiệt ............................. 18 vii
1.3. Tính chất vật lý, cơ học của gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su ...... 21 1.4. Kết luận rút ra từ tổng quan .................................................................... 22 Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 24 2.1. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu ................................................................. 24 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 24 2.1.2. Thiết bị nghiên cứu .................................................................................. 25 2.2. Phạm vi nghiên cứu của luận án .............................................................. 29 2.2.1. Yếu tố cố định .......................................................................................... 29 2.2.2. Yếu tố thay đổi ......................................................................................... 30 2.2.3. Các chỉ tiêu chất lượng, tính chất gỗ cần kiểm tra ................................... 31 2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 31 2.3.1. Các phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án ............................... 31 2.3.2. Thực nghiệm tạo mẫu gỗ biến tính........................................................... 32 2.3.3. Kiểm tra tính chất vật lý, cơ học gỗ ......................................................... 33 2.3.4. Đo màu gỗ ................................................................................................ 37 2.3.5. Thử nghiệm độ bền sinh học của gỗ ........................................................ 37 2.3.6. Chụp ảnh cấu tạo hiển vi .......................................................................... 43 2.3.7. Quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố và xử lý số liệu .................................. 44 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 47 3.1. Sự thay đổi tính chất vật lý của gỗ biến tính nhiệt ................................. 47 3.1.1. Khối lượng riêng và độ hao hụt khối lượng riêng của gỗ ........................ 47 3.1.2. Tính hút ẩm của gỗ ................................................................................... 51 3.1.3. Tính hút nước của gỗ................................................................................ 53 3.1.4. Độ ổn định kích thước của gỗ .................................................................. 56 3.2. Sự thay đổi một số tính chất cơ học của gỗ biến tính nhiệt ................... 61 3.2.1. Độ bền uốn tĩnh và mức độ giảm độ bền uốn tĩnh của gỗ........................ 61 3.2.2. Độ bền nén dọc thớ và mức độ thay đổi độ bền nén dọc thớ của gỗ ....... 63 3.2.3. Giải thích nguyên nhân thay đổi tính chất cơ học của gỗ biến tính nhiệt 66 3.3. Sự thay đổi màu sắc của gỗ biến tính nhiệt ............................................ 70 viii
3.3.1. Màu sắc gỗ biến tính nhiệt ....................................................................... 70 3.3.2. Mức độ thay đổi màu sắc của gỗ biến tính nhiệt ...................................... 75 3.3.3. So sánh màu sắc gỗ biến tính nhiệt với một số loại gỗ quý ..................... 76 3.4. Độ bền sinh học của gỗ biến tính nhiệt .................................................... 79 3.4.1. Khả năng kháng nấm của gỗ biến tính nhiệt ............................................ 80 3.4.2. Khả năng kháng mối của gỗ biến tính nhiệt ............................................. 83 3.5. Ảnh hưởng của biến tính nhiệt đến cấu tạo hiển vi của gỗ ................... 86 3.6. Xác định chế độ biến tính nhiệt hợp lý cho ba loại gỗ đã chọn ............. 89 3.6.1. Mô hình tương quan đa yếu tố ................................................................. 89 3.6.2. Giải bài toán tối ưu xác định thông số công nghệ biến tính nhiệt .......... 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 117 1. Kết luận ....................................................................................................... 117 2. Kiến nghị ..................................................................................................... 118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ................................................... 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 120 ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị a* Chỉ số đỏ/lục ASE Hiệu quả chống trương nở % b* Chỉ số lam/vàng Central Composite Design CCD Thiết kế tâm phức hợp CS Độ bền nén dọc thớ gỗ MPa CSL Độ giảm độ bền nén dọc thớ % DL Hao hụt khối lượng riêng % ĐC Mẫu gỗ đối chứng EMC Độ ẩm thăng bằng % KLR Khối lượng riêng g/cm3 L* Chỉ số độ sáng MA Độ hút ẩm % MEE Hiệu quả cách ẩm % ML Độ giảm độ bền uốn tĩnh % MOE Mô đun đàn hồi uốn tĩnh MPa MOR Độ bền uốn tĩnh MPa PGA (Potato Môi trường đường khoai tây Agar Glucose Agar) R2 Hệ số tương quan Response Surface Methodology RSM Phương pháp bề mặt đáp ứng x
SD Độ lệch chuẩn SV Độ trương nở thể tích % o T Nhiệt độ C TB Giá trị trung bình WA Độ hút nước WA (Water Agar) Môi trường dung dịch Agar WRE Hiệu quả chống hút nước % DE Độ lệch màu tổng DL Chênh lệch độ sáng ro Khối lượng riêng (KLR) g/cm3 t Thời gian Giờ xi
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Ứng dụng gỗ biến tính cấp độ Thermo-S ................................................... 9 Bảng 1.2. Ứng dụng gỗ biến tính cấp độ Thermo-D .................................................. 9 Bảng 1.3. Đặc điểm một số công nghệ biến tính nhiệt đến thời điểm hiện tại ......... 11 Bảng 1.4. Một số chỉ tiêu vật lý, cơ học của ba loại gỗ trong nghiên cứu................ 21 Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của lò thí nghiệm ............................................ 25 Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy thử cơ học gỗ .................................... 26 Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật chính của kính hiển vi điện tử quét ............................ 27 Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị hấp ................................................ 28 Bảng 2.5. Thông số kỹ thuật cơ bản của tủ ấm lắc ngang ........................................ 29 Bảng 2.6. Các mức và bước thay đổi của thông số công nghệ biến tính gỗ ............. 30 Bảng 2.7. Thang điểm đánh giá tỷ lệ mốc ................................................................ 41 Bảng 2.8. Ma trận thí nghiệm đa yếu tố biến tính nhiệt cho gỗ................................ 45 Bảng 3.1. Khối lượng riêng của ba loại gỗ theo thời gian và nhiệt độ xử lý ............ 48 Bảng 3.2. Độ hút ẩm của ba loại gỗ theo thời gian và nhiệt độ xử lý....................... 51 Bảng 3.3. Độ hút nước của ba loại gỗ theo thời gian và nhiệt độ xử lý ................... 54 Bảng 3.4. Độ trương nở thể tích của ba loại gỗ theo thời gian và nhiệt độ xử lý ..... 57 Bảng 3.5. Độ bền uốn tĩnh của ba loại gỗ theo thời gian và nhiệt độ xử lý.............. 62 Bảng 3.6. Độ bền nén dọc của ba loại gỗ theo thời gian và nhiệt độ xử lý .............. 64 Bảng 3.7. Chỉ số màu sắc của gỗ Thông ba lá theo thời gian và nhiệt độ xử lý ....... 71 Bảng 3.8. Chỉ số màu sắc của gỗ Bạch tùng theo thời gian và nhiệt độ xử lý.......... 71 Bảng 3.9. Chỉ số màu sắc của gỗ Cao su theo thời gian và nhiệt độ xử lý ............... 72 Bảng 3.10. Các cấp màu sắc của gỗ biến tính .......................................................... 78 Bảng 3.11. Phân loại chỉ số màu sắc của gỗ biến tính .............................................. 78 xii
Bảng 3.12. Tỉ lệ diện tích nhiễm nấm của gỗ Thông ba lá biến tính sau 8 tuần thử nghiệm ...................................................................................................................... 81 Bảng 3.13. Tỉ lệ diện tích nhiễm nấm của gỗ Cao su biến tính sau 8 tuần thử nghiệm .................................................................................................................................. 82 Bảng 3.14. Kết quả theo dõi thời điểm mẫu gỗ Thông ba lá bị mối tấn công .......... 84 Bảng 3.15. Kết quả theo dõi thời điểm mẫu gỗ Cao su bị mối tấn công .................. 85 Bảng 3.16. Hao hụt KLR của ba loại gỗ với chế độ biến tính khác nhau................. 90 Bảng 3.17. ASE của ba loại gỗ với chế độ biến tính khác nhau ............................... 94 Bảng 3.18. WRE của ba loại gỗ với chế độ biến tính khác nhau ............................. 98 Bảng 3.19. Hao hụt độ bền uốn tĩnh (ML) của ba loại gỗ với chế độ biến tính khác nhau......................................................................................................................... 102 Bảng 3.20. Hao hụt độ bền nén dọc (CSL) của ba loại gỗ với chế độ biến tính khác nhau......................................................................................................................... 106 Bảng 3.21. Thông số hàm mục tiêu thiết lập cho bài toán tối ưu ........................... 111 Bảng 3.22. Giá trị tối ưu theo ASE, WRE và DL của ba loại gỗ............................ 113 Bảng 3.23. Thông số hàm mục tiêu thiết lập cho bài toán tối ưu ........................... 114 Bảng 3.24. Giá trị tối ưu theo ASE, WRE, DL, ML và CSL của ba loại gỗ .......... 116 xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1. Sơ đồ các bước lấy mẫu thí nghiệm và kiểm tra tính chất gỗ ................... 24 Hình 2.2. Lò sấy thí nghiệm OF – 22 ....................................................................... 25 Hình 2.3. Máy đo màu gỗ ......................................................................................... 26 Hình 2.4. Hình ảnh kính hiển vi điện tử TM4000Plus ............................................. 27 Hình 2.5. Hình ảnh thiết bị hấp................................................................................. 28 Hình 2.6. Hình tủ ấm lắc ngang ................................................................................ 28 Hình 2.7. Hình tủ cấy vô trùng ................................................................................. 29 Hình 2.8. Biểu đồ biểu diễn quá trình biến tính nhiệt cho gỗ ................................... 32 Hình 2.9. Mẫu gỗ thí nghiệm thử nấm...................................................................... 40 Hình 2.10. Mẫu gỗ được cấy vào môi trường nấm mốc ........................................... 40 Hình 2.11. Ủ bã mía vào khu vực thí nghiệm ........................................................... 42 Hình 2.12. Địa điểm thử nghiệm có đàn mối tập trung nhiều sau 2 tuần thiết lập ... 42 Hình 2.13. Mẫu gỗ thí nghiệm thử mối .................................................................... 43 Hình 2.14. Các mẫu gỗ được đóng xuống đất ngẫu nhiên theo hàng ....................... 43 Hình 2.15. Mô hình bài toán thực nghiệm đa yếu tố trong nghiên cứu .................... 44 Hình 3.1. Hao hụt KLR của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau................. 49 Hình 3.2. Hao hụt KLR của ba loại gỗ với thời gian biến tính khác nhau ............... 49 Hình 3.3. Hiệu quả cách ẩm của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau .......... 52 Hình 3.4. Hiệu quả cách ẩm của ba loại gỗ với thời gian biến tính khác nhau ........ 52 Hình 3.5. WRE của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau ............................. 55 Hình 3.6. WRE của ba loại gỗ với thời gian biến tính khác nhau ............................ 55 Hình 3.7. ASE của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau ............................... 57 Hình 3.8. ASE của ba loại gỗ với thời gian biến tính khác nhau.............................. 58 xiv
Hình 3.9. Sự thay đổi của liên kết hydro giữa các phân tử xenlulo trong quá trình biến tính nhiệt ........................................................................................................... 60 Hình 3.10. Độ giảm MOR của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau ............ 62 Hình 3.11. Độ giảm MOR của ba loại gỗ với thời gian biến tính khác nhau ........... 63 Hình 3.12. Độ giảm CS của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau................. 65 Hình 3.13. Độ giảm CS của ba loại gỗ với thời gian biến tính khác nhau ............... 66 Hình 3.14. Quá trình nhiệt giải của hemixenlulo trong gỗ ....................................... 67 Hình 3.15. Quá trình nhiệt giải của xenlulo.............................................................. 69 Hình 3.16. Cơ chế phản ứng của gỗ trong quá trình xử lý nhiệt .............................. 70 Hình 3.17. Chỉ số độ sáng L* của ba loại gỗ ở các chế độ biến tính ........................ 72 Hình 3.18. Chỉ số đỏ/lục a* của ba loại gỗ ở các chế độ biến tính ........................... 73 Hình 3.19. Chỉ số lam/vàng b* của ba loại gỗ ở các chế độ biến tính ...................... 73 Hình 3.20. Chỉ số độ sáng L* của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau ....... 74 Hình 3.21. Chỉ số đỏ/lục a* của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau .......... 74 Hình 3.22. Chỉ số lam/vàng b* của ba loại gỗ với nhiệt độ biến tính khác nhau ..... 75 Hình 3.23. Chênh lệch độ sáng DL của ba loại gỗ do biến tính gây ra ..................... 75 Hình 3.24. Độ lệch màu tổng DE của ba loại gỗ do biến tính gây ra........................ 76 Hình 3.25. Tỉ lệ diện tích nhiễm nấm của gỗ Thông ba lá biến tính ........................ 81 Hình 3.26. Tỉ lệ diện tích nhiễm nấm của gỗ Cao su biến tính ................................ 83 Hình 3.27. Cấu tạo hiển vi của gỗ Thông ba lá biến tính và chưa biến tính ............. 87 Hình 3.28. Cấu tạo hiển vi của gỗ Bạch tùng biến tính và chưa biến tính ............... 88 Hình 3.29. Cấu tạo hiển vi của gỗ Cao su biến tính và chưa biến tính ..................... 88 Hình 3.30a. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến DL của gỗ Thông ba lá ......... 90 Hình 3.30b. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến DL của gỗ Bạch tùng ........... 91 Hình 3.30c. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến DL của gỗ Cao su ................. 91 Hình 3.31. Tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của DL ............ 93 Hình 3.32a. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến ASE của gỗ Thông ba lá....... 94 Hình 3.32b. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến ASE của gỗ Bạch tùng ......... 95 Hình 3.32c. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến ASE của gỗ Cao su ............... 95 xv
Hình 3.33. Tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của ASE .......... 97 Hình 3.34a. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến WRE của gỗ Thông ba lá ..... 98 Hình 3.34b. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến WRE của gỗ Bạch tùng ........ 99 Hình 3.34c. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến WRE của gỗ Cao su ............. 99 Hình 3.35. Tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của WRE....... 101 Hình 3.36a. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến ML của gỗ Thông ba lá ...... 102 Hình 3.36b. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến ML của gỗ Bạch tùng ......... 103 Hình 3.36c. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến ML của gỗ Cao su .............. 103 Hình 3.37. Tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của ML ......... 105 Hình 3.38a. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CSL của gỗ Thông ba lá ..... 106 Hình 3.38b. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CSL của gỗ Bạch tùng ....... 107 Hình 3.38c. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CSL của gỗ Cao su ............. 107 Hình 3.39. Tương quan giữa giá trị thực nghiệm và giá trị hồi quy của CSL ........ 109 Hình 3.40. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu với hàm mục tiêu ASE, WRE và DL của gỗ Thông ba lá .................................................................................................. 112 Hình 3.41. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu với hàm mục tiêu ASE, WRE và DL của gỗ Bạch tùng .................................................................................................... 112 Hình 3.42. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu với hàm mục tiêu ASE, WRE và DL của gỗ Cao su .......................................................................................................... 113 Hình 3.43. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu với hàm mục tiêu ASE, WRE, DL, ML và CSL của gỗ Thông ba lá.............................................................................. 114 Hình 3.44. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu với hàm mục tiêu ASE, WRE, DL, ML và CSL của gỗ Bạch tùng ................................................................................ 115 Hình 3.45. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu với hàm mục tiêu ASE, WRE, DL, ML và CSL của gỗ Cao su ...................................................................................... 115 xvi
MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu Công nghệ biến tính gỗ nói chung, công nghệ biến tính gỗ bằng nhiệt độ cao nói riêng (trong luận án sẽ gọi chung là biến tính nhiệt) là một công nghệ đã được nghiên cứu từ khá lâu trên thế giới. Sản phẩm gỗ biến tính nhiệt đã được thương mại hóa ở nhiều nước trên thế giới, một vài năm trở lại đây đã nhập khẩu vào Việt Nam để sử dụng trong các công trình kiến trúc cảnh quan và sản xuất đồ nội thất. Công nghệ biến tính nhiệt cũng như những công nghệ xử lý gỗ khác đều chịu ảnh hưởng rất lớn bởi loại gỗ đưa vào xử lý. Mỗi loài gỗ khác nhau luôn cần có một quy trình công nghệ không giống nhau. Đặc biệt như ở Việt Nam, là nước có tiềm năng phát triển gỗ, nhưng do là đất nước có điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nên các loài cây gỗ ở Việt Nam cũng rất đa dạng và phong phú về chủng loại. Chất lượng của các loại gỗ này cũng khác nhau rất lớn. Vì vậy khi tiến hành nghiên cứu áp dụng các công nghệ xử lý gỗ thì hầu như không thể đưa ra được thông số công nghệ có tính chất chung nhất cho một nhóm gỗ nào đó. Về công nghệ biến tính nhiệt cho gỗ, tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu biến tính gỗ đối với một số loại gỗ rừng trồng mọc nhanh, các công trình đã thực hiện đa số tiến hành trong điều kiện thủy nhiệt, có một vài công trình tiến hành biến tính trong môi trường không khí.… Tuy nhiên, các loại gỗ đã được nghiên cứu chủ yếu tập trung tại phía Bắc Việt Nam như Keo, Bạch đàn.... Tại khu vực phía Nam Việt Nam có nhiều loại gỗ có màu sắc, vân thớ đẹp, mọc nhanh và trữ lượng lớn, tuy nhiên cũng như các loài gỗ mọc nhanh rừng trồng khác, những loại gỗ này đều chỉ phù hợp với làm đồ mộc thông dụng. Vì vậy cần có giải pháp xử lý để cải thiện tính chất và nâng cao chất lượng các loại gỗ này, mở rộng phạm vi sử dụng chúng. 1
Những năm gần đây, vấn đề môi trường rất được quan tâm trong các ngành nghề sản xuất, ngành gỗ cũng không nằm ngoài phạm vi này. Vì vậy cùng với việc đi tìm loại hình công nghệ xử lý gỗ hiệu quả để nâng cao chất lượng và mở rộng phạm vi sử dụng, cũng cần tìm giải pháp đáp ứng yêu cầu về môi trường trong quá trình sản xuất, cũng như không gây hại cho người sử dụng. Công nghệ biến tính nhiệt đã được thế giới khẳng định là công nghệ xử lý gỗ thân thiện với môi trường do trong quá trình xử lý chỉ sử dụng nhiệt mà không thêm bất kỳ loại hóa chất nào. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ biến tính nhiệt để cải thiện chất lượng của một số loại gỗ ở Việt Nam mà luận án đề ra là vô cùng cần thiết, không chỉ góp phần cung cấp thông tin về lý luận mà còn cung cấp các dữ liệu làm căn cứ áp dụng công nghệ biến tính cho các loại gỗ của Việt Nam một cách hệ thống và hiệu quả. 2. Mục tiêu của luận án 2.1. Mục tiêu tổng quát Luận án “Nghiên cứu công nghệ biến tính nhiệt một số loài gỗ Việt Nam” góp phần bổ sung thông tin cho cơ sở lý thuyết của công nghệ biến tính nhiệt nói chung, và công nghệ biến tính nhiệt trong điều kiện môi trường không khí áp suất khí quyển nói riêng. Đồng thời làm căn cứ cho việc xác định thông số công nghệ để đề xuất chế độ biến tính nhiệt phù hợp cho 3 loài gỗ rừng trồng mọc nhanh phổ biến ở khu vực phía Nam Việt Nam là gỗ Thông ba lá, gỗ Bạch tùng và gỗ Cao su. 2.2. Mục tiêu cụ thể (1) Xác định được mối liên hệ giữa thông số công nghệ biến tính nhiệt đến các tính chất vật lý, cơ học, màu sắc, cấu tạo hiển vi của 3 loại gỗ Thông ba lá, Bạch tùng và Cao su. (2) Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ biến tính nhiệt đến độ bền sinh học của gỗ gồm: mức độ chống nấm mốc và chống mối của gỗ biến tính nhiệt. (3) Xác định chế độ (nhiệt độ và thời gian) biến tính phù hợp cho 3 loại gỗ là gỗ Thông ba lá, gỗ Bạch tùng và gỗ Cao su. 2