ĐẶT VẤN ĐỀ Đi cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chế biến gỗ thì nhu cầu về nguyên liệu ngày càng nhiều trong khi nguồn nguyên liệu gỗ tự nhiên đáp ứng rộng rãi nhu cầu sử dụng ngày càng giảm. Trước thực trạng này, các nhà khoa học đã đưa ra một số giải pháp như: Sử dụng biện pháp công nghệ để gia tăng độ bền cơ học nhằm nâng cao khả năng đáp ứng của gỗ tự nhiên trong thực tế sản xuất. Để chủ động nguồn nguyên liệu, những loại gỗ mọc nhanh rừng trồng đang là mối quan tâm nghiên cứu hiện nay. Tống quá sủ là một loại cây có khả năng phát triển nhanh, thân cây lớn, thẳng, sinh khối lớn, có khả năng tái sinh tự nhiên rất tốt song lại có những nhược điểm: gỗ mềm, nhẹ, tỷ trọng thấp, tính chất cơ học thấp hơn rất nhiều so với gỗ rừng tự nhiên.
Do đó những nghiên cứu về gỗ Tống quá sủ chủ yếu là sử dụng công nghệ nén ép làm tăng khối lượng riêng và tính chất của gỗ. Tuy nhiên trong quá trình nén ép, kết cấu của gỗ cũng có sự thay đổi, điều đó làm ảnh hưởng đến quá trình gia công chế biến gỗ hay nói cách khác là ảnh hưởng tới quá trình công nghệ của gỗ, trong đó có khả năng dán dính, bám dính và độ đàn hồi trở lại của gỗ sau khi nén ép. Trong công nghệ chế biến gỗ nói chung và chế biến gỗ Tống quá sủ nói riêng, việc sử dụng gỗ đã nén ép làm nguyên liệu để sản xuất cấu kiện khác là xu thế hiện nay, chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào khả năng dán dính,bám dính và độ đàn hồi trở lại của gỗ, tuy nhiên cho đến nay những nghiên cứu này vẫn chưa đầy đủ. Để nâng cao hiệu quả sử dụng của gỗ Tống quá sủ, làm cơ sở khoa học tạo sản phẩm có chất lượng cao từ gỗ Tống quá sủ, tôi tiến hành thực hiện luận văn:Ảnh hƣởng của tỉ suất nén đến một số tính chất công nghệ của gỗ Tống quá sủ (Alnus nepalensis D.
2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan nghiên cứu về gỗ Tống quá sủ và công nghệ nén ép gỗ 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Về cây Tống quá sủ Tống quá sủ là loài cây thích hợp với điều kiện lập địa có độ cao từ 500 – 3000m so với mực nước biển; nhiệt độ trung bình năm từ 13 – 26oC; lượng mưa trung bình năm từ 500 – 2500 mm; loại đất ráo nước, đất mùn hoặc mùn và sỏi nhỏ, thích hợp nhất với địa hình nơi đất ẩm song không ngập nước; không mọc được ở nơi đất khô cằn và ở các đỉnh đồi trọc. Tống quá sủ được phân bố và mọc tự nhiên ở nhiều nơi trên thế giới như: Bhutan, Cambodia, China, India, Japan, Laos, Myanmar, Nepal, Thailand, Vietnam, ngoài ra được trồng ở: Angola, Benin, Botswana, Burkina Faso, Burundi, Cameroon, Cape Verde, Central African Republic, Chad, Comoros, Congo, Costa Rica, Cote d'Ivoire, Democratic Republic of Congo, Djibouti, Egypt, Equatorial Guinea, Eritrea, Ethiopia, Gabon, Gambia, Ghana, Guinea, Guinea-Bissau, Indonesia, Kenya, Lesotho, Liberia, Madagascar, Malawi, Malaysia, Mali, Mauritania, Mozambique, Namibia, Niger, Philippines, Rwanda, Sao Tome et Principe, Senegal, Seychelles, Sierra Leone, Somalia, South Africa, Sudan, Swaziland, Tanzania, Togo, Uganda, United States of America, Zambia, Zimbabwe.
(1985), đã nghiên cứu và đánh giá khả năng sử dụng cây Tống quá sủ làm nhiên liệu. Đây là một loài cây mọc nhanh, tăng trưởng sinh khối lớn; vì vậy có nhiều ưu điểm trong trồng rừng nhiên liệu. (1984), đã nghiên cứu ảnh hưởng của vùng sinh thái đến khả năng tăng trưởng và tính chất của cây Tống quá sủ. (1990), đã nghiên cứu và khẳng định Tống quá sủ là cây đa mục đích tại các vùng cao nhiệt đới.E đã tổng kết một số đặc điểm sinh thái, hình thái và tính chất của Tống quá sủ như sau: 3 Mô tả thực vật học: Alnus nepalensis D.
Don là mootl loài cây rụng lá một mùa, thân thẳng, chiều cao cây có thể tới 30 m và đường kính có thể đạt tới 60 cm (đặc biệt có những cây đường kính tới 2m). Cành so le, vỏ cây màu xám đậm; lá mọc so le, hình e líp, chiều dài biến động từ 6 – 21 cm và chiều rộng bản lá từ 4 – 10 cm; hoa chùm hình đuôi sóc (hoặc đuôi chồn), cánh hoa nhỏ, chùm hoa có thể dài tới 16 cm, hoa mọc ở đầu cành; hạt nhỏ màu nâu nhạt, đường kính hạt có thể đạt tới 2mm. Giải phẫu gỗ: Mạch gỗ nhỏ, hơi xiên; bản xuyên mạch hình thang; tế bào mô mềm phân tán; tia gỗ trung bình (3-4 hàng tế bào theo chiều rộng); sợi gỗ nhỏ. Chức năng sử dụng gỗ và lá: Tống quá sủ là loại gỗ mềm, nhẹ; khối lượng riêng: 0,32-0,37 g/cm3 (NAS 1980), 0,45 – 0,59 g/cm3 (Lamichhaney 1984).
Giá trị nhiệt lượng thấp (18230 kJ/kg - Hawkins 1982, or 20,480 kJ/kg - Webb et al. (1984) đã nghiên cứu và kết luận Tống quá sủ là loại gỗ dễ sấy, khả năng cháy tốt. Tống quá sủ không thuộc loại gỗ sử dụng cho các công trình chịu lực trong xây dựng. Là loại gỗ dễ gia công, cắt gọt, đánh nhẵn.
Gỗ dễ bị biến màu do nấm mốc phá hoại; gỗ được sử dụng để đóng bao bì, diêm (Dey and Ramaswami 1960) và làm giấy báo (Guha 1965). Ở các nước châu Phi, gỗ Tống quá sủ sử dụng nhiều trong vùng nông thôn làm nhà, hàng rào và củi đốt. Lá Tống quá sủ có thể làm thức ăn cho cừu và dê (trâu, bò không ăn lá Tống quá sủ - Panday -1982 và Singh - 1982); lá còn sử dụng để lót chuồng trâu, bò, lợn…Vỏ cây có thể sử dụng làm thuốc nhuộm hoặc để chiết suất tannin (Little – 1983). Về nghiên cứu công nghệ nén gỗ Năm 1886 ý tưởng về nén gỗ nhằm nâng cao độ bền của gỗ đã được chú ý nghiên cứu (Vorreiter, 1949).
Năm 1922 tại Áo, hai anh em nhà 4 Plumfes đã xây dựng phương pháp tăng mật độ gỗ bằng cách ngâm gỗ trong cao su lỏng. Loại gỗ biến tính này đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp cho tới năm 1945 khi công nghiệp sản xuất nhôm phát triển và ứng dụng nhiều trong đời sống. Gỗ nén cũng đã xuất hiện tại Đức vào những năm 1930 với tên thương mại là Lignostone và một dạng gỗ nén khác có tên thương mại là Lignofol (Kollmann, 1936; Stamm, 1964). Để làm giảm sự đàn hồi trở lại của gỗ sau khi nén, Stamm và Seaborg (1941) đã ngâm gỗ sau khi nén ép trong keo PF và sau đó làm nóng gỗ từ 10-20 phút để nhựa PF đóng rắn; đây là một phương pháp nén ép gỗ kết hợp với ngâm tẩm và được gọi là "Compreg".
Sau đó họ đã cải tiến phương pháp này theo nguyên lý thuỷ - nhiệt - cơ, sản phẩm gỗ sau xử lý được gọi là "Staypark". Nâng cao tính ổn định kích thước theo phương pháp xử lý nhiệt cũng đã được Stamm và các cộng sự nghiên cứu (1946). Gỗ được làm nóng ở nhiệt độ từ 140-320oC, kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi gỗ được xử lý ở nhiệt độ 260oC trong khoảng thời gian 7 giờ, độ trương nở của gỗ Sitka spruce giảm 60% so với không xử lý. Tuy nhiên Stamm (1964) cũng đã kết luận rằng, xử lý nhiệt cho gỗ mặc dù nâng cao được độ ổn định kích thước, nhưng một số tính chất về độ bền cơ học của gỗ bị giảm đáng kể đặc biệt là độ bền cơ học lớp bề mặt, Stamm cũng khuyến nghị rằng nhiệt độ xử lý gỗ không nên vượt quá 300oC (Hill, 2006).
Burmester (1973) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và áp suất đến một số tính chất của gỗ biến tính; với gỗ Thông có các trị số xử lý tối ưu là: nhiệt độ 160oC, độ ẩm gỗ 20-30% và áp suất xử lý là 0,7 MPa. Với chế độ xử lý này ảnh hưởng không đáng kể đến độ bền cơ học của gỗ, mà nó còn làm tăng khả năng kháng vi sinh vật cho gỗ. Gần đây Norimoto và cộng sự (1993) và Ito (1998) đã sử dụng quá trình tương tự như Stamm và Seaborg để nén gỗ và làm tăng tính ổn định kích thước của gỗ. Những nghiên cứu mới về nén ép tăng mật độ gỗ bằng phương pháp THM đã được nêu trong 5 báo cáo của Tanahashi (1990), Inoue và cộng sự (1993), Ito và cộng sự (1998), Navi và Girardet (2000), Heger (2004) … Các tác giả đã chỉ ra rằng, sau khi xử lý bằng phương pháp THM (ổn định gỗ ở 200oC trong thời gian 4 phút) gỗ hầu như không bị đàn hồi trở lại.
Voreiter (1949) đã dự đoán rằng công nghiệp sản xuất gỗ nén sẽ phát triển mạnh từ đầu thế kỷ thứ XX, phương pháp nâng cao khối lượng riêng của gỗ chủ yếu thực hiện theo phương pháp THM và gỗ được nén theo phương xuyên tâm. Kollmann (1944) đã bước đầu giải thích cơ chế nâng cao độ bền của gỗ bằng phương pháp nén ép; về bản chất đó là quá trình làm giảm hoặc loại bỏ các khoảng trống trong gỗ và ổn định nó ở trạng thái mới. Những năm gần đâu công nghệ THM với dạng nén kín (3 chiều) và nén 2 chiều được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Ito và cộng sự (1998a) đã nghiên cứu công nghệ nén kín bằng phương pháp THM, quá trình này được tác giả thực hiện theo 4 bước: (1) hoá dẻo gỗ trong môi trường thuỷ - nhiệt, (2) nén ép gỗ, (3) xử lý sau khi nén ép, (4) làm nguội.
Tác giả đã sử dụng phương pháp này để nén ép khúc gỗ có tiết diện hình tròn thành khúc gỗ có tiết diện hình vuông và khối lượng riêng của gỗ tăng 75%.T ìn h 1h a yđ ổ ihdạ ìnn g kh ỗ úcg bằ trò ng p ư h ơ n g p há n é 2 ch iề u Nguồn:Dick Sandberg and Parviz Navi (2007) 6 Ito và cộng sự (1998a) cũng đã công bố kết quả nghiên cứu tạo gỗ nén ép dùng trong xây dựng từ gỗ nhẹ có độ bền cơ học thấp, với phương pháp nén ép định hình. Phương pháp này khác với phương pháp trên ở chỗ: với phương pháp 1, quá trình định dạng và xử lý ổn định là một quá trình liên tục; với phương pháp 2, quá trình định dạng và xử lý ổn định kích thước là 2 công đoạn riêng biệt. Mẫu gỗ đƣợc nén ép bằng phƣơng pháp THM Nguồn:Dick Sandberg and Parviz Navi (2007) Vào những năm 1990 nhiều quốc gia như Nhật Bản, Mỹ, Canada đã nghiên cứu tạo gỗ nén ép để phục vụ công nghiệp xây dựng, các nhà khoa học đã tập trung rất nhiều cho việc nghiên cứu ổn định kích thước, hạn chế sự đàn hồi trở lại của gỗ sau nén ép.