Ảnh Hưởng Của Chế Độ Xử Lý Trước Đến Độ Mài Mòn Và Độ Cứng Bề Mặt Của Gỗ Cao Su Biến Tính Bằng Ti O 2

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong công nghiệp chế biến gỗ, xử lý gỗ trước khi gia công, biến tính

nhằm nâng cao hiệu quả chất lượng của gỗ. Đối với quá trình biến tính hóa

học, hóa chất được đưa vào trong gỗ dưới dạng dung dịch, lượng hóa chất

được thấm vào gỗ ngoài việc phụ thuộc vào chế độ ngâm tẩm ( áp suất, thời

gian ngâm tẩm ) còn phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo và tính chất gỗ được ngâm

tẩm.Trong đó có thể kể đến loại và hàm lượng chất chiết xuất có trong gỗ,

chất chiết xuất tích tụ nhiều trong gỗ cản trở quá trình dịch chuyển của dịch

tẩm vào trong gỗ làm giảm hiệu quả của quá trình ngâm tẩm biến tính gỗ.

Đối với gỗ Cao su, loại gỗ được sử dụng sau khi phá bỏ cây Cao su

trồng lấy mủ, vì thế trong gỗ Cao su còn rất nhiều chất chiết xuất, trong đó có

các chất chiết xuất tan trong nước nóng như: tinh bột, các chất dinh dưỡng,

tanin, khi áp dụng phương pháp ngâm tẩm trong biến tính hóa học các chất

chiết xuất này làm hạn chế khả năng thẩm thấu dịch tẩm vào trong gỗ. Làm

giảm hàm lượng chất chiết xuất trong gỗ sẽ nâng cao khả năng thẩm thấu dịch

tẩm của gỗ, qua đó nâng cao hiệu quả của công tác biến tính.

T nh ng l do đó, được s đồng của trường đại học Lâm Nghiệp và

dưới s hướng d n nhiệt t nh của TS. Nguyễn Thị Minh Nguyệt em đ làm

khóa luận tốt nghiệp với đề tài " Ản n ều kiện xử lý tr ớ ến

ộ mà mòn và ộ cứng bề mặt c a gỗ cao su biến tính bằng TiO2". Với

mong muốn có thể nâng cao hiệu quả của quá trình biến tính gỗ Cao su nói

riêng và hiệu quả của c ng nghệ Nano vào nghành c ng nghiệp chế biến gỗ

nói chung. Qua đó nhằm nâng cao chất lượng các sản phẩm t gỗ, góp ph n

nâng cao giá trị sử dụng của ch ng.

2

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 1 T nh h nh nghi n cứu tr n th gi i v trong nư c

1.1.1. Tìn ìn n ên ứu trên t ế ớ .

Thuật ng Nano được dùng là ước số của đơn vị đo lường (ký hiệu n,

ước số 10-9

). Trong hệ mét, đo độ dài sẽ có Nanomét (ký hiệu nm, 1nm = 10-9

m). Công nghệ Nano (Nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến

việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống

bằng việc điều khiển h nh dáng, k ch thước trên quy mô nanômét. Ranh giới

gi a công nghệ Nano và khoa học Nano đ i khi kh ng rõ ràng, tuy nhiên

ch ng đều có chung đối tượng là vật liệu Nano.

Năm 1985, hai nhà nghiên cứu Gerd Bining (Đức) và Heinrich Rohrer

(Thuỵ Sỹ) tạo ra kính hiển vi đ u dò quét (SPM hay STM có khả năng quan

sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, nhờ đó con người có thể quan

sát và hiểu rõ hơn về lĩnh v c Nano. T đó c ng nghệ nano b t đ u được đ u

tư và phát triển mạnh mẽ ở nhiều lĩnh v c như máy làm sạch kh ng kh khỏi

nấm mốc, vi khuẩn... trong lĩnh v c y tế c ng được ng dụng nhiều.

Đối với lĩnh v c công nghiệp chế biến gỗ thì công nghệ Nano mới

được nghiên cứu và ứng dụng trong khoảng 10 năm trở lại đây. Một trong

nh ng ứng dụng của nano là đưa nano vào bên trong gỗ, phát huy tối đa ưu

điểm của gỗ, nâng cao chất lượng gỗ đồng thời kh c phục một số nhược điểm

như trương nở, h t nước của gỗ mà kh ng làm thay đổi màu s c, vân thớ của

gỗ. Các hạt Nano thường được sử dụng trong công nghiệp chế biến gỗ là:

TiO2, SiO2, ZnO, Al2O3… Có thể kể ra một số nghiên cứu tiêu biểu như sau:

Nh ng thí nghiệm đ u tiên về việc áp dụng hạt Nano để xử lý gỗ được

Saka Sasaki th c hiện năm 1992. Trong th nghiệm này, Saka và các cộng s

đ sử dụng phương pháp Sol - gel để đưa các hạt Nano v cơ SiO2 vào trong

gỗ. Kết quả thí nghiệm cho thấy các hạt Nano SiO2 có k ch thước nhỏ đ t ch

tụ ở trong các khe hở trên vách tế bào gỗ, tạo thành vật liệu gỗ - Nano

3

(Nanowood). Qua quá trình kiểm tra, đánh giá cho thấy vật liệu tạo ra có

nh ng t nh năng ưu việt hơn hẳn so với gỗ nguyên.

Năm 1997 Miyafuji và Ueno T. đ tiến hành thí nghiệm đưa các hạt

Nano TiO2 và SiO2 vào trong gỗ Sồi r ng. Trong nghiên cứu của mình, các

tác giả đ sử dụng phương pháp điền đ y tr c tiếp để đưa hạt Nano vào trong

gỗ t đó tạo thành vật liệu gỗ - Nano mới có nh ng t nh năng nổi trội hơn hẳn

so với gỗ Sồi không qua xử lý. Cụ thể là vật liệu tạo thành có được tính ổn

định k ch thước cao, khả năng h t ẩm của gỗ giảm đi đáng kể (giảm khoảng

40%), cường độ gỗ c ng tăng lên một lượng nhất định, khả năng chậm cháy

của gỗ c ng được cải thiện rõ rệt.

Đến năm 1999, một trong nh ng hướng nghiên cứu mới đó là sử dụng

Cellulose Nano để biến tính gỗ được th c hiện bởi Hiroyuki Matsumura và

Wolfgang Glasser . Các tác giả đ sử dụng phương pháp phức hợp t ng để đưa

hạt Nano vào gỗ Anh đào. Kết quả là các tính chất của gỗ c ng được cải thiện

một cách đáng kể so với gỗ không qua biến tính.

Wimmer năm 2002 đ sử dụng phương pháp thẩm thấu tr c tiếp theo chiều

dọc thớ gỗ để đưa hạt Nano vào trong gỗ, đây được coi là một bước đột phá mới

trong công nghệ biến tính gỗ bằng hạt Nano. Tuy đ thu được nh ng kết quả

nhất định nhưng phương pháp này còn có nh ng tồn tại làm giảm hiệu quả của

quá trình biến t nh. Đó chính là khả năng thẩm thấu của các hạt Nano vào gỗ

kh ng đồng đều theo các chiều thớ mà đặc biệt là theo chiều ngang thớ gỗ.

Năm 2009, Thomas Hubert, Prita Unger và Michael Bruker đ dùng

phương pháp Sol - gel để phân tán hạt Nano TiO2 vào trong gỗ Th ng để biến

tính tạo thành loại gỗ - nano có tính ổn định k ch thước cao và có khả năng

chống lại các tác động của tia tử ngoại

G n đây nhất năm 2010, H. Turgut Sahin và George I. Mantanis đ

nghiên cứu xử lý bốn loại gỗ: gỗ Dẻ, gỗ Anh đào, gỗ Thông và gỗ Linh sam

bằng hợp chất Nano TiO2 và ZnO với bốn cấp nồng độ khác nhau. Kết quả cho

thấy độ ổn định k ch thước và độ cứng của gỗ tăng lên rõ rệt.

4

1.1.2. Tìn ìn n ên ứu V ệt N m

Ở Việt Nam, tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ Nano trong nh ng

năm g n đây nhưng c ng đ có nh ng bước chuyển biến trong lĩnh v c này.

Tuy nhiên qua các kết quả công bố về công nghệ Nano cho thấy việc nghiên

cứu mới chỉ tập trung ở một số lĩnh v c như: ứng dụng Nano trong y học, ứng

dụng trong công nghiệp điện tử, quân s … mà nghiên cứu về ứng dụng công

nghệ Nano trong lĩnh v c chế biến gỗ còn ít.

Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano trong biến tính gỗ chủ yếu đang

tiến hành tại Việt Nam gồm có:

- Nghiên cứu công nghệ biến tính cho ván lạng dùng trong trang sức

bằng vật liệu nano TiO2 như đề tài : “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Nano để

nâng cao chất lượng ván lạng” do TS Cao Quốc An và các cộng s trường

Đại Học Lâm Nghiệp đang th c hiện. Đề tài sử dụng vật liệu Nano TiO2 để

biến tính cho ván lạng t 5 loại gỗ t nhiên và r ng trồng là: Xoan đào, Mỡ,

Giổi, Keo lai, Keo lá tràm. Kết quả của đề tài cho thấy được biến tính bằng

hạt Nano TiO2 đ cải thiện được nhiều tính chất của ván mỏng như: độ hút

nước, độ ổn định k ch thước, độ mài mòn.

- Nghiên cứu công nghệ biến t nh thanh cơ sở cho sản xuất ván sàn

bằng vật liệu nano SiO2 như đề tài do Ts. Trịnh Hiền Mai cùng các cộng s

th c hiện: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng ván sàn từ gỗ Keo lai và Mỡ

bằng kỹ thuật xử lý SiO2”.

- Nghiên cứu về xử l trước biến tính hóa học cho gỗ của T.S Tạ Thị

Phương Hoa – Bộ môn Khoa học Gỗ, trường Đại học Lâm Nghiệp: “Ảnh

hưởng của xử lý thủy nhiệt đến thành phần hóa học, tính chất cơ lý chủ yếu,

khả năng thấm dung dịch hóa chất DMDHEU ( dimetylen-dihydroxyl￾ureatyla) của gỗ Trám Trắng” được xem như tài liệu quan trọng để làm căn

cứ khoa học đối với quá trình xử l trước biến tính bằng nano TiO2 mà em

th c hiện.