Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 1 Lời cảm ơn Nhân dịp hoàn thành chuyên đề nghiên cứu khoa học của sinh viên chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo các phòng ban trong khoa chế biến lâm sản trờng Đại học Lâm Nghiệp, những ngời đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian qua. Đặc biệt chúng tôi xin chân thành cảm ơn T.s Trần Văn Chứ, ngời đã tận tình trực tiếp hớng dẫn chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Chúng tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên thuộc Trung tâm Công nghiệp rừng trờng Đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện về máy móc thiết bị trong thời gian thực hiện đề tài này!. Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 2 đặt vấn đề Hiện nay ở nớc ta, công nghiệp sản xuất đồ mộc ngày càng phát triển. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp này ngày càng khan hiếm. Đặc biệt là nguyên liệu dùng cho các loại hình sản phẩm mộc nh: Ván sàn, khung cửa, cánh cửa, các chi tiết cho đồ mộc mỹ nghệ Đối với các chi tiết mộc đó, yêu cầu của nguyên liệu là rất khắt khe, đó là; khả năng trơng nở, co rút phải rất thấp, khả năng chống chịu môi trờng cao, khả năng chống cháy tốt, có độ bền cơ học cao, màu sắc phải đẹp, không độc hại hoặc phải nằm trong giới hạn cho phép, Bên cạnh đó, nh chúng ta đã biết ở nớc ta hiện nay đang và sẽ trồng rất nhiều các loại cây gỗ mọc nhanh rừng trồng, trong đó có cây gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) -một trong các loài cây của chơng trình 5 triệu ha rừng. Vì vậy nhiệm vụ của ngành Lâm nghiệp nói chung và ngành Chế biến lâm sản nói riêng là phải nghiên cứu tìm loại nguyên liệu mới hoặc phải nghiên cứu công nghệ mới để cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất đồ mộc - một ngành thoả mãn nhu cầu thị hiếu và mang lại lợi nhuận cho quốc gia. Theo hớng tìm kiếm nguồn nguyên liệu, chúng ta đã có một số công trình nghiên cứu nhng kết quả cha thực sự khả qua. Muốn đạt đợc yêu cầu của nguyên liệu vẫn cần qua công đoạn chế biến. Hớng thứ 2 - nghiên cứu công nghệ mới mở ra cho chúng ta một hớng đi hết sức lý thú. Công nghệ đó là công nghệ biến tính gỗ. Công nghệ này trên thế giới đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu. ở việt Nam hầu nh không có công trình nào nghiên cứu. Để biến tính gỗ có rất nhiều giải pháp. Tuy nhiên giải pháp hiệu quả nhất vẫn là dùng hoá chất. Nhng dùng hoá chất cho biến tính gỗ, chúng ta cần phải quan tâm đến một số vấn đề sau: Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 3 - Sự ảnh hởng của hoá chất đến tính chất gỗ và khả năng gỗ có khả năng trang sức tiếp hay không? - Gỗ sau khi biến tính có ảnh hởng xấu đến môi trờng hay không? - Giá thành gỗ sau biến tính có quá cao so với các loại gỗ đang dùng cho tạo sản phẩm hay không? - Công nghệ biến tính có quá phức tạp hay không? Để giải quyết các vấn đề trên là một công việc hết sức cần thiết nhng rất khó khăn. Trên thế giới đã có nhiều nớc dùng Polyetylen Glycol để nâng cao chất lợng gỗ theo hớng giảm sự co rút giãn nở và tăng khả năng bảo quản gỗ. Tuy nhiên sự ảnh hởng của nó đến khả năng trang sức và chống cháy của gỗ thì cha đợc đề cập đến. Mặt khác thời gian ngâm là bao nhiêu, nồng độ hoá chất là bao nhiêu cũng cha có công trình nào công bố. Vì vậy, với mục đích góp phần vào việc tìm kiếm của nguyên liệu thay thế gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm, và đa công nghệ mới vào sản xuất ở nớc ta, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chuyên đề: Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ thuốc PEG (Polyetylen Glycol ) và thời gian ngâm thuốc đến sự trơng nở và khả năng trang sức của gỗ Keo lá tràm. Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 4 Chơng I Những vấn đề chung 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu: 1.1.1. Trên thế giới: Những năm 1930, ở Liên Xô một số nhà khoa học đã nghiên cứu ép gỗ tạo ra thoi dệt và tay đập của máy dệt. Sau đó, các nhà khoa học đã sử dụng phơng pháp này để tạo ra những chi tiết chịu mài mòn, chịu bôi trơn, sử dụng trong ô tô, máy nông nghiệp. Gỗ nén theo phơng pháp ép này tạo ra vật liệu không ổn định hình dạng. Để khắc phục, các nhà khoa học đã nghiên cứu đa vào trong gỗ các hoá chất dới dạng monome hoặc polyme. Năm 1936, một số nhà khoa học của Liên Xô đã đa vào trong gỗ dung dịch Bakelit 5 - 10%. Vào năm 1966, G.B.Klard dùng dung dịch Phuphurol Spirt tẩm vào gỗ tạo ra vật liệu có tính cơ học cao[14]. Biến tính gỗ là quá trình tác động hoá học, cơ học, nhiệt học, hoặc đồng thời làm thay đổi lại cấu trúc của gỗ mà chủ yếu là tác động vào các nhóm hydroxil. Quá trình này làm cho các tính chất của gỗ thay đổi. Các công nghệ khác nhau của biến tính gỗ đã đợc nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất từ lâu. Nhng do giá thành gỗ biến tính và đòi hỏi của môi trờng nên chỉ gần đây nó mới đợc áp dụng. Công nghệ biến tính gỗ (không độc hại) đang là một xu thế đòi hỏi cần đợc nghiên cứu và áp dụng. Biến tính vật liệu gỗ có thể theo các hớng sau: - Cải thiện các tính chất của gỗ mọc nhanh rừng trồng để cho nó ít biến dạng và bền với môi trờng. Phơng pháp có thể là nhiệt, hoá, cơ và enzim - Xử lý ván mỏng để tạo ra ván dán hoặc LVL có chất lợng tốt. - Xử lý dăm gỗ để tạo ván dăm, ván OSB (Oriented Strand Board), MDF và HDF. Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 5 Biến tính gỗ có rất nhiều phơng pháp. Trong những năm gần đây, ở các nớc phát triển nh Mỹ, Nhật, Nga, Phần Lan đang sử dụng các phơng pháp biến tính sau: nhiệt cơ, hoá cơ, hoá học, nhiệt hóa, bức xạ hoá học. Biến tính gỗ theo 2 xu hớng chủ yếu: nén chặt và không nén chặt. Một số loại hình biến tính; ngâm tẩm, gỗ ép lớp, gỗ nén, gỗ tăng tỉ trọng, polyme hoá. Các phơng pháp biến tính gỗ đợc mô tả nh sau: + Phơng pháp nhiệt cơ: Nguyên lý của phơng pháp này là gỗ đợc gia nhiệt trớc, sau đó đợc nén (ép) dới áp suất nhất định để tạo sản phẩm có kết cấu chặt chẽ. Gỗ đợc biến tính bằng phơng pháp ép nhiệt còn gọi là gỗ ép. Trớc khi ép gỗ cần hấp hoặc làm nóng gỗ, trong quá trình ép gỗ ở trong mặt phẳng vuông góc với chiều thớ gỗ sẽ xảy ra sự thay đổi về cấu trúc thô đại của gỗ. Kết quả là ta thu đợc loại sản phẩm mới có khối lợng thể tích và các tính chất cơ lý tơng đối cao. Biến tính theo phơng pháp này, sử dụng nguyên liệu chủ yếu là các loại gỗ lá rộng loại mềm. Gỗ ép có độ bền, độ cứng lớn hơn nhiều so với gỗ tự nhiên (0,8 - 1,35g/cm 3 ) có khả năng chịu mài mòn tốt và có khả năng thay thế một số chi tiết máy bằng kim loại màu(ống bọc, bánh răng loại nhỏ, ván sàn). Trong một số trờng hợp có thể tẩm thêm các chất nh: dầu, polyme để tạo ra vật liệu có khả năng chịu mài mòn tốt. Cũng có những loại gỗ đợc bóc hoặc lạng mỏng, sau đó ván mỏng đợc tẩm các loại hoá chất và đợc ép lại tạo ra gỗ ép lớn. Phơng pháp này đòi hỏi máy ép có áp lực rất lớn, tỷ trọng của ván rất cao, tính đàn hồi trở lại cũng lớn.{14],[15]. + Phơng pháp hoá nhiệt: Trớc tiên gỗ cần đợc tẩm hoá chất sau đó đợc dồn nén lại, các hoá chất trong gỗ sẽ đóng rắn. Xử lý hoá học gỗ sẽ làm thay đổi vách tế bào, gỗ sẽ dẻo, do đó ta dễ dàng làm thay đổi hình dạng của gỗ. Gỗ đợc hoá dẻo bằng hoá chất sẽ thấm nớc, trơng nở và đàn hồi trở lại. Gỗ ép theo phơng pháp này đợc áp dụng để sản xuất đồ mộc, ván sàn, Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 6 Theo hớng khác, gỗ đợc tẩm các monome có khả năng kết dính, oligome nhựa hóa học, sau đó sẽ qua giai đoạn nhiệt hoá với mục đích tạo ra các phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngng xảy ra trong gỗ. Trong một số trờng hợp sẽ xảy ra các phản ứng hoá học của các chất tẩm với polyme của gỗ. Các chất tẩm thông thờng là các chất rợu, phenol, nhựa polyeste(PE). Ngoài ra để biến tính ta có thể dùng các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp. Các kim loại này là Zn, Sn, Pb, Bi, Cd. biến tính gỗ bằng phơng pháp các chất nhựa hoá học sẽ làm giảm khả năng hút ẩm, thấm nớc, hút nớc làm giảm khả năng trơng nở, tăng độ bền, độ cứng. Gỗ biến tính theo phơng pháp này đợc sử dụng trong xây dựng, đồ mộc gia dụng. +Phơng pháp bức xạ - hoá học: Gỗ đợc tẩm các chất metylmeta krilat, stirol và các chất monome khác, dới tác dụng của các tia bức xạ xảy ra phản ứng trùng hợp ở trong gỗ. Gỗ đợc biến tính theo phơng pháp này sẽ tạo ra sản phẩm có kích thớc ổn định, các tính chất cơ lý sử dụng tơng đối cao. Gỗ ép đợc sử dụng để sản xuất ra ván sàn thanh, các chi tiết máy[14]. +Phơng pháp hoá học: Gỗ đợc tẩm các chất hoá học nh amoniac và một số chất khác. Các chất này có khả năng làm thay đổi cấu trúc và thành phần hoá học của gỗ. Tẩm chất amoniac sẽ làm tăng khả năng biến dạng của gỗ, gỗ sẽ dồn nén lại trong quá trình sấy. Gỗ có khả năng thay đổi màu. Gỗ sau khi biến tính theo phơng pháp này thì tính chất cơ học có giảm đi một chút, tuy vậy khả năng hút ẩm, hút nớc, trơng nở, co giãn có giảm đi đáng kể. Vì vậy nó đợc ứng dụng làm các vật liệu có hình dạng, kích thớc ổn định[15]. Ngoài các giải pháp biến tính trên, trên thế giới có một số giải pháp khác mà làm thay đổi tính chất của gỗ. Các giải pháp này vẫn đợc coi là biến tính nh: các loại ván nhân tạo(ván dán, ván dăm, ván LVL(Laminated Veneer Lumber)) Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 7 + Các nghiên cứu về máy và thiết bị biến tính gỗ: Cho đến nay các máy và thiết bị biến tính gỗ đã phát triển rất mạnh. Các nớc có dây truyền biến tính gỗ là Nga, Mỹ, Nhật Bản, Phần Lan. ở Trung Quốc trong những năm 1985 đến nay cũng đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về công nghệ máy móc và thiết bị. Có rất nhiều thiết bị trong dây truyền biến tính gỗ theo phơng pháp hoá cơ. Tuy nhiên chủ đạo vẫn là máy ngâm tẩm, thiết bị áp lực chân không (phơng pháp hoá học), máy sấy cao tần hoặc sấy đối lu (phơng pháp hóa học và nhiệt). 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất gỗ biến tính ở trong nớc: Vào những năm 1987 - 1988 ở Việt Nam ngành dệt sử dụng các loại máy dệt thoi. Các loại thoi dệt đợc mua từ Trung Quốc, Nhật Bản, ấn Độ. Giá mỗi con thoi khi đó khoảng 10 - 12 USD. Thời gian này ở Việt Nam rất khó khăn về kinh tế. Ngành dệt đã tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ Dẻ đỏ để làm thoi, thoi gỗ Dẻ đỏ dệt đợc 300 - 350m vải trong khi đó thoi của nớc ngoài có thể dệt từ 1000 - 1200m vải[7]. Viện Công nghiệp rừng tiến hành nghiên cứu sử dụng gỗ biến tính từ gỗ Mỡ, Thông nàng, Vạng trứng để sản xuất thoi dệt. Gỗ Vạng trứng(Endospermum) có khối lợng thể tích 0,52g/cm 3 , độ bền uốn tĩnh 840KG/cm 3 đợc tẩm dung dịch Phenol Spirt kết hợp với nén - ép để tăng khối lợng thể tích. Phôi gỗ có kích thớc 36x5,5x7,8cm theo chiều dài, rộng, dày, độ ẩm W=12%; dung dịch tẩm có độ nhớt 30giây (cốcBZ-4 ở nhiệt độ 30 0 C), hàm lợng khô 33%; lợng chất biến tính tẩm vào 1 phôi tính theo lợng khô 156gam; mức độ nén ép 35% tính theo thể tích ban đầu. Kết quả thu đợc phôi gỗ có khối lợng thể tích 0.88-0.90 g/cm 3 . Loại phôi này đã đợc bộ khoa học công nghệ và môi trờng giúp đề tài chính để sản xuất thoi và dệt thử tại nhà máy dệt bạt19/5 Hà Nội và nhà máy dệt Nam Định. Kết quả thử thoi từ gỗ Vạng Trứng(Endospermum sinesis) đạt đợc từ 500 - 600m vải. Tại ĐH Lâm Nghiệp đã có một số công trình nghiên cứu của giáo viên và sinh viên khoa Chế biến đã nghiên cứu một số phơng pháp nh: Phơng pháp Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 8 ngâm thờng, phơng pháp tẩm nóng lạnh, phơng pháp áp lực chân không để đa thuốc bảo quản vào trong gỗ. Mục tiêu nghiên cứu của các công trình đó chỉ mới dừng lại ở mức bảo quản gỗ mà cha có hớng ổn định, biến tính gỗ. Mặc dù các phơng pháp biến tính nh: nhiệt cơ, hoá cơ để tạo ra các loại gỗ biến tính cũng đã đợc thảo luận, song do điều kiện về máy móc cha đáp ứng đợc yêu cầu của máy biến tính gỗ, do đó chất lợng gỗ biến tính cũng cha đáp ứng theo tiêu chuẩn. Qua điều tra về các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nớc chúng tôi thấy: Hớng nghiên cứu biến tính gỗ ở trong nớc là hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Điều này không những nâng cao chất lợng sản phẩm, mà còn tạo công ăn việc làm, giúp chúng ta đa dạng hoá loại hình sử dụng gỗ. Vì vậy hớng nghiên cứu của đề tài: nhằm nghiên cứu tìm ra một số giải pháp biến tính gỗ và nghiên cứu sự ảnh hởng của PEG tới các tính chất của gỗ, khả năng hạn chế nứt của gỗ và khả năng trang sức sơn PU. Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 9 1.2.Mục tiêu nghiên cứu: 1.2.1. Mục tiêu tổng quát: + Nghiên cứu công nghệ mới - công nghệ biến tính gỗ nhằm góp phần vào công việc tìm kiếm nguyên liệu thay thế gỗ rừng tự nhiên đang ngày càng khan hiếm và áp dụng công nghệ mới vào sản xuất chế biến gỗ ở Việt Nam. + Nâng cao khả năng sử dụng gỗ mọc nhanh rừng trồng(gỗ Keo lá tràm) - một trong các loại gỗ của chơng trình 5 triệu ha rừng. + Đa dạng hoá các loại hình sản phẩm từ gỗ rừng trồng. .2. 12. Mục tiêu cụ thể: + Tạo ra một số sản phẩm mới bằng một số phơng pháp biến tính. Các sản phẩm biến tính sẽ đợc dùng vào làm nguyên liệu cho ván sàn, các chi tiết mỹ nghệ. + Đánh giá ảnh hởng của nồng độ PEG (Polyetylen Glycol ) và thời gian ngâm thuốc đến sự trơng nở của gỗ Keo lá tràm. + Đánh giá ảnh hởng của nồng độ PEG(Polyetylen Glycol) và thời gian ngâm thuốc đến một số chỉ tiêu khác. 1.3. Phạm vi nghiên cứu: + Đề tài sử dụng phơng pháp ngâm thờng để đa thuốc PEG vào trong gỗ với các cấp nồng độ và thời gian theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc 2. + Nguyên liệu sử dụng ngâm tẩm PEG là gỗ Keo lá tràm 1.4. Nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm thuốc đến sự trơng nở của gố Keo lá tràm. + Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm thuốc đến khả năng trang sức của gỗ Keo lá tràm. Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều 10 1.5. Phơng pháp nghiên cứu: Hiện nay khi nghiên cứu về công nghệ ngời ta hay dùng phơng pháp thực nghiệm. Trong chuyên đề nghiên cứu này chúng tôi cũng dùng phơng pháp thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm cho các nghiên cứu của mình. Mô hình toán học đợc chọn là kế hoạch hoá thực nghiệm bậc 2. Các bớc tiến hành thí nghiệm nh sau: Bớc1: Kiểm tra chất lợng hoá chất và chất lợng nguyên liệu gỗ Keo lá tràm. Bớc 2: Tiến hành xẻ gỗ theo bản đồ xẻ đã định, cắt mẫu gỗ theo tiêu chuẩn đã định Bớc 3: Pha hoá chất theo các nồng độ đã định. Tiến hành ngâm gỗ trong các dung dịch theo ma trận quy hoạch thực nghiệm ấn định trớc. Nồng độ PEG và thời gian ngâm đợc miêu tả ở bảng 1.1. Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc hai có hai biến số nồng độ PEG (N%) và thời gian tẩm ( giờ ) đợc trình bày ở bảng 1.2. Bảng 1.1: Nồng độ PEG và thời gian ngâm Mức - - o + + Nồng độ PEG (%) 5 7 9 11 5 Thời gian ngâm(giờ) 4 6 8 10 4 Bớc4: Tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu tính chất co rút, giãn nở của gỗ theo các tiêu chuẩn đã định. Để thử mức độ co rút và giãn nở của gỗ chúng tôi sử dụng tiêu chuẩn TCVN 360-70 sửa đổi và 361-70 sửa đổi. Với kích thớc mẫu: 30x30x10mm. Bớc5: Kiểm tra sự ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm đến khả năng trang sức của gỗ và khả năng chống cháy của gỗ. Khả năng trang sức của gỗ kiểm tra theo tiêu chuẩn oct 15140 - 78. Phơng pháp kiểm tra là rạch ô vuông. Khả năng chống cháy của gỗ kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM E69 - 70. . thời gian ngâm thuốc đến sự trơng nở của gố Keo lá tràm. + Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ PEG và thời gian ngâm thuốc đến khả năng trang sức của gỗ Keo lá tràm. Luận văn tốt nghiệp Đại ca:. Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ thuốc PEG (Polyetylen Glycol ) và thời gian ngâm thuốc đến sự trơng nở và khả năng trang sức của gỗ Keo lá tràm. Luận văn tốt nghiệp Đại ca: nguyễn kim hiều . cấp nồng độ và thời gian theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc 2. + Nguyên liệu sử dụng ngâm tẩm PEG là gỗ Keo lá tràm 1. 4. Nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ PEG và thời