Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Áp Suất Ép Đến Chất Lượng Trang Sức Ván Ghép Khối Đã Qua Biến Tính Thủy Nhiệt Bằng Ván Lạng Từ Gỗ Keo Lá Tràm

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, nhu cầu của ngƣời tiêu dùng ngày nâng cao, thay vì giá cả

nhƣ trƣớc kia thì bây giờ chất lƣợng và tính thẩm mỹ là vấn đề mà nhiều

ngƣời đặt lên hàng đầu. Do đó chất lƣợng bề mặt đang là vấn đề quan tâm của

các nhà sản xuất cũng nhƣ các nhà nghiên cứu. Đối với các sản phẩm từ các

loại gỗ mọc nhanh rừng trồng và ván nhân tạo nói chung đều có bề mặt không

đƣợc đẹp, cần phải trang sức bề mặt để nâng cao tính thẩm mỹ cũng nhƣ khả

năng chống chịu với môi trƣờng.

Có nhiều giải pháp trang sức bề mặt nhƣ trang sức bằng chất phủ dạng

lỏng, dạng tấm, trang sức dán phủ bằng các loại giấy trang sức, tấm melamine

cốt giấy… Trong đó có giải pháp dán phủ bề mặt gỗ hoặc ván nhân tạo bằng

ván lạng. Ván lạng từ các loại gỗ có vân thớ đẹp sẽ nâng cao rất nhiều tính

thẩm mỹ của sản phẩm. Tuy nhiên chất lƣợng trang sức cần quan tâm nghiên

cứu để đƣa ra đƣợc quy trình trang sức tốt nhất nhằm nâng cao chất lƣợng dán

phủ bề mặt.

Chất lƣợng trang sức bề mặt chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố trong đó

có áp suất ép phủ mặt. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, đƣợc sự đồng ý

của khoa Chế biến lâm sản, trƣờng Đại học Lâm nghiệp, dƣới sự hƣớng dẫn

khoa học của PGS.TS. NGƢT Phạm Văn Chƣơng, tôi tiến hành làm luận

văn: “Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép đến chất lượng trang sức ván

ghép khối đã qua biến tính thủy - nhiệt bằng ván lạng từ gỗ Keo lá tràm”

2

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái niệm ván ghép khối dạng Glulam [10]

Ván ghép thanh dạng Glulam là sản phẩm đƣợc tạo ra bằng cách dán ép

các thanh gỗ xẻ lại với nhau nhờ chất kết dính, trong một điều kiện công nghệ

nhất định.

Hầu hết các sản phẩm Glulam có chiều thớ gỗ song song với chiều dài

sản phẩm. Hiện nay, Glulam đƣợc chia làm 2 loại chính (theo cấu trúc) là

Horizontally glulam và Vertically glulam

Glulam đƣợc dùng chủ yếu trong các công trình xây dựng, trong sản

xuất mặt hàng mộc thông dụng, trong các công trình giao thông, trƣờng học,

khu thể dục thể thao …

Glulam với khả năng ổn định kích thƣớc khi thay đổi độ ẩm, hình dạng

và kích thƣớc có thể linh động điều chỉnh, có khối lƣợng thể tích trung bình,

độ bền cơ học cao và liên kết dễ dàng. Và đặc biệt là làm các chi tiết cong.

Chính vì vậy mà Glulam đƣợc sử dụng nhiều trong các công trình xây dựng

lớn nhƣ: cầu đƣờng, vì kèo nhà, trụ cột, dầm xà …

Hình 1.1. Một số hình ảnh về ván ghép khối

Về cơ bản gỗ ghép không làm thay đổi kết cấu nguyên có của gỗ, hoặc

là có thể nói, gỗ ghép vẫn phát huy đƣợc tác dụng tự nhiên của gỗ, do đó gỗ

ghép vẫn thuộc loại vật liệu tự nhiên. Gỗ ghép có tính đồng đều và tính ổn

định về kích thƣớc tốt hơn so với gỗ tự nhiên cùng loại. Sản xuất gỗ ghép sẽ

sử dụng gỗ nhỏ vào những mục đích cần gỗ lớn, gỗ chất lƣợng kém nhƣng lại

sử dụng ở những vị trí đòi hỏi chất lƣợng cao, gỗ có độ rộng nhỏ nhƣng lại

3

dùng ở những nơi có yêu cầu độ rộng lớn, điều đó có tác dụng rất lớn cho việc

nâng cao hiệu quả lợi dụng gỗ.

Ngoài ra, gỗ ghép còn đƣợc ứng dụng trong: sản xuất cửa chính, cửa

sổ, cửa thông phòng, đồ gia dụng, tay vịn ghế, mặt bàn ăn, dụng cụ dạy học,

tủ kính, tay vịn cầu thang, ghép tƣờng trong phòng thể thao, ván sàn, khung

cửa,...

Một số ƣu điểm chủ yếu của gỗ ghép:

- Có thể sản xuất từ gỗ có kích thƣớc nhỏ, độ bền cơ học thấp

- Dễ nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ

- Sản phẩm đa dạng và ổn định về kích thƣớc

- Linh động khi liên kết và lắp ghép

- Phạm vi sử dụng rộng

Từ việc nghiên cứu và phát triển trong ngành công nghiệp chế biến gỗ

và xây dựng đƣợc hỗ trợ bởi các chƣơng trình quốc gia và khu vực, các sáng

chế mới nhƣ gỗ ghép có thể là một mục tiêu đầu tƣ.

1.2. Khái niệm biến tính gỗ và biến tính thủy – nhiệt [12] [13] [14]

1.2.1. Khái niệm biến tính gỗ

Callum Hill (2006) trong cuốn “Wood modification: chemical, thermal

and other processes” đã định nghĩa: “biến tính gỗ liên quan đến quá trình tác

động của tác nhân hoá học, sinh học hoặc vật lý đến vật liệu gỗ, tạo ra sự cải

thiện các tính chất của gỗ trong quá trình sử dụng. Bản thân gỗ biến tính nên

không độc và không tạo ra các chất độc trong qua trình sử dụng; hơn thế nữa,

các sản phẩm tái chế từ gỗ biến tính và phế thải của gỗ biến tính cũng không

gây độc hại với con ngƣời và môi trƣờng” [14].

Tuỳ theo các tác nhân biến tính và đặc điểm quá trình tác động lên cấu

trúc tế bào, biến tính gỗ có thể đƣợc chia thành: biến tính hoá học (chemical

modification), biến tính bằng ngâm tẩm (impregnation modification) và biến

tính ở nhiệt độ cao (heat treatment hoặc hydrothermal treatment ).

4

1.2.2. Khái niệm biến tính thuỷ - nhiệt [12] [13]

Biến tính thủy - nhiệt là quá trình làm thay đổi một số tính chất vật lý,

cơ học, sinh học và tính chất công nghệ của gỗ dƣới tác dụng của nhiệt độ cao

khi xử lý gỗ ở trong môi trƣờng nƣớc, sau đó đƣợc gia nhiệt bằng phƣơng

pháp sấy.

Nhiệt độ của môi trƣờng trong biến tính thuỷ - nhiệt cho gỗ dao động từ

120°C đến 200°C. Ở nhiệt độ thấp hơn 120°C, tính chất vật liệu gỗ thay đổi

không đáng kể, nhƣng nếu nhiệt độ lớn hơn 200°C, gỗ sẽ bị phá huỷ nghiêm

trọng, đặc biệt là cƣờng độ của gỗ. Các quá trình biến tính thuỷ - nhiệt hiện

nay giới hạn nhiệt độ biến tính không vƣợt quá 200°C và phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố nhƣ:

- Thời gian và nhiệt độ của quá trình xử lý

- Loại gỗ

- Độ ẩm của gỗ trƣớc khi xử lý

- Kích thƣớc của mẫu gỗ đƣợc xử lý

Xử lý thuỷ - nhiệt dẫn đến thay đổi trong thành phần cấu trúc vách tế

bào của gỗ. Thành phần hoá học của gỗ bị thay đổi nhiều nhất dƣới ảnh

hƣởng của nhiệt độ cao là hemicellulo, các chất chiết xuất bị hoà tan trong

dung môi, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm nhƣ methanol, acetic acid,....

Sự phá huỷ của thành phần hemicellulo gia tăng với sự tăng của nhiệt độ và

thời gian của quá trình biến tính thuỷ - nhiệt. Nhìn chung, sự phá huỷ của

cellulo xảy ra ở nhiệt độ cao hơn so với hemicellulo, chỉ một tỷ lệ nhỏ của

cellulo bị phá huỷ ở nhiệt độ thấp nhƣ hemicellulo. Những vùng không định

hình của cellulo dễ bị phá huỷ vì nhiệt hơn (những vùng định hình) và bộc lộ

tính chất tƣơng tự nhƣ thành phần hexose của hemicellulo. Do sự mất mát của

các thành phần polysacharide (cellulose và hemicellulo) dƣới ảnh hƣởng của

nhiệt độ cao, hàm lƣợng lignin trong gỗ tăng lên. Lignin đƣợc xác định là

thành phần ổn định vì nhiệt nhất của vách tế bào, tuy nhiên một phần nhỏ của

5

lignin cũng bị phá huỷ ở nhiệt độ tƣơng đối thấp tạo ra các sản phẩm

phenolic.

Quá trình biến tính thuỷ - nhiệt làm thay đổi thành phần hoá học của

cấu trúc vách tế bào, đem đến một loạt thay đổi các tính chất của gỗ:

- Tăng tính ổn định kích thƣớc, giảm khả năng hút ẩm và hút nƣớc

- Độ cứng tăng

- Cải thiện độ bền sinh học

- Giảm cƣờng độ và modul uốn tĩnh,

- Màu sắc của gỗ bị sẫm lại

- Công nghệ sạch, thân thiện với môi trƣờng

1.3. Tình hình nghiên cứu

1.3.1. Tình hình nghiên cứu về ván ghép khối và biến tính thủy - nhiệt

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu đạt đƣợc

những kết quả đáng kể về ván ghép khối và công nghệ biến tính gỗ, đem lại

những kết quả to lớn trong thực tế sản xuất.

Falk, R.H., Solli, KJ., and Aasheim, E. 1992. The performance of

glued-laminated timber beams manufactured from machine stress graded

Norwegian spruce. Report 77, Norwegian institute of Wood Technology,

Oslo, Norway. Kết quả nghiên cứu kết luận gỗ Vân Sam Na Uy sản xuất

Glulam đạt đƣợc tiêu chuẩn CEN. Modul đàn hồi do uốn của dầm kết hợp của

3 cấu trúc LH35, LH40 và *LC38 vƣợt quá yêu cầu của tiêu chuẩn CEN [18].

John J. Janowiak, Harvey B. Manbeck, Roland H. Ernandez, Russell C.

Moody. Red Maple lumber resources Glued – Laminated timber beams. Kết

luận của nghiên cứu đã đƣa rằng cây Phong đỏ sản xuất Glulam lớp lõi đáp

ứng hoặc lớn hơn mục tiêu thiết kế: độ bền uốn đạt 2400 psi và modul đàn hồi

đạt 1,8 x 106 psi. Nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc kết quả thử modul đàn hồi theo

chiều dọc và chiều ngang ván giữa lớp mặt và lớp lõi của một số cấu trúc ván

vƣợt quá mục tiêu chuẩn thiết kế đặt ra.