Đặt vấn đề Trong những năm vừa qua, nước ta đã và đang triển khai nhiều chương trình trồng rừng với các loài cây mọc nhanh được nhập nội và cây bản địa. Một số loài cây được gây trồng chủ yếu bao gồm: bạch đàn, keo, thông, tràm, bồ đề, mỡ, hông. Hiện nay, gỗ khai thác từ rừng trồng đang dần trở thành nguồn nguyên liệu chính cho công nghiệp chế biến gỗ. Với sự thay đổi đối tượng nguyên liệu từ gỗ rừng tự nhiên sang gỗ rừng trồng, ngành chế biến gỗ ở Việt Nam hiện đang tập trung phát triển chế biến các loại hình ván nhân tạo (ván ghép thanh, ván dăm, ván dán, ván MDF…) và các sản phẩm gỗ xẻ để sản xuất đồ mộc trong đó có đồ mộc xuất khẩu.
Ván ghép thanh là một trong những sản phẩm ván nhân tạo được sản xuất với khối lượng lớn bởi những ưu điểm có thể tạo ra những tấm gỗ có kích thước lớn, loại bỏ được nhiều khuyết tật tự nhiên, dễ gia công chế biến, tận dụng được nguyên liệu. Ở nước ta, sản xuất ván ghép thanh được hình thành từ một vài thập niên trở lại đây, các sản phẩm nội thất từ ván ghép thanh phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng. Các loại gỗ rừng trồng có trữ lượng ngày càng lớn, nhưng có nhược điểm về đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ vật lý, tính chất công nghệ, thành phần hoá học. Chính những nhược điểm này đã gây ra không ít khó khăn trong quá trình gia công chế biến và sử dụng gỗ như: gỗ dễ bị nứt vỡ, cong vênh, khả năng dán dính kém, nhiều mắt mấu dẫn đến tỷ lệ sử dụng gỗ rất thấp và chất lượng sản phẩm không cao.
Đặc biệt, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của nước ta, hầu hết các loại gỗ rừng trồng rất dễ bị côn trùng và nấm gây hại ngay sau khi khai thác, trong quá trình chế biến và sử dụng. Để giảm bớt thiệt hại do nấm, côn trùng gây ra, các giải pháp xử lý bằng thuốc bảo quản được đánh giá là đạt hiệu quả hữu hiệu nhất.[7] Ở Việt Nam hiện nay, gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm trong khi nhu cầu sử dụng gỗ của xã hội ngày càng gia tăng. Do đó, hướng thay thế gỗ n 2 tự nhiên bằng gỗ mọc nhanh rừng trồng và đưa ra các công nghệ tạo ra các loại vật liệu mới là hướng nghiên cứu cần thiết của các nhà khoa học chế biến lâm sản. Một trong các hướng đó là biến tính gỗ.
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 hydroxyl. Quá trình này làm cho các tính chất của gỗ thay đổi. Chính vì vậy, nhiều nước trên thế giới đã, đang và sẽ có những đầu tư rất lớn theo hướng biến tính gỗ. Ở Việt Nam, công nghệ biến tính đã bắt đầu được nghiên cứu và đang là lĩnh vực được nhiều nhà khoa học quan tâm.Gỗ xoan ta là loại cây được trồng khá phổ biến ở miền Bắc Việt nam.
Gỗ xoan ta có ưu điểm: mọc nhanh, dễ gia công cắt gọt, màu gỗ sáng rất phù hợp làm nguyên liệu sản xuất ván ghép thanh. Tuy nhiên, do độ ổn định của gỗ xon ta không cao nên hướng nghiên cứu biến tính gỗ để nâng cao ổn định của gỗ xoan ta là cần thiết và có ý nghĩa. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu Nghiên cứu giải pháp biến tính ổn định kích thước gỗ Xoan Ta (Melia azedarach – Linn) bằng Polyetylenglycol (PEG) nhằm góp phần vào việc nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, đa dạng các loại hình sản phẩm và tạo ra các sản phẩm mới có chất lượng cao từ gỗ mọc nhanh rừng trồng.
Yêu cầu của đề tài + Đưa ra được quy trình công nghệ biến tính ổn định kích thước gỗ bằng Polyetylenglycol (PEG). + Đánh giá được ảnh hưởng của Polyetylenglycol (PEG) đến chất lượng biến tính từ gỗ Xoan Ta: Khả năng co rút, giãn nở, khối lượng thể tích. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong khoa học Kết quả của đề tài là cơ sở khoa học, là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc xử lý hóa học cho gỗ Xoan Ta nhằm nâng cao tính ổn định kích thước mà ít hoặc không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học và tính chất công nghệ của loài gỗ này.
Ý nghĩa trong thực tiễn Áp dụng công nghệ xử lý thuốc hóa học để xử lý gỗ Xoan ta nhằm giải quyết về vấn đề chất lượng gỗ rừng trồng sử dụng trong sản xuất đồ mộc và hoàn toàn có thể đáp ứng được mục tiêu bảo vệ môi trường. n 4 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cở sở khoa học 2. Thành phần, cấu tạo và mỗi liên kết cơ bản của gỗ Gỗ là vật liệu tự nhiên rỗng, mao dẫn dính, có tính dị hướng cao, được cấu tạo bởi các tế bào xếp dọc thân cây (mạch gỗ, sợi gỗ, tế bào mô mềm, quản bào, ống dẫn nhựa) chiếm tới 90 - 95% thể tích và tế bào xếp ngang thân cây (tia gỗ, ống dẫn nhựa) chiếm đến 5 - 10%.
Các tế bào gỗ có dạng hình ống bao gồm vách và ruột tế bào. Vách tế bào được cấu tạo bởi ba thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose, lignin. Tất cả các thành phần này đều là các polime, chúng hợp thành mạng lưới đan xen trong vách tế bào. Các phân tử cellulose [C6H7O2(OH)3]n với n = 5000 - 14000 có cấu tạo mạch thẳng liên kết với nhau tại các vị trí 1, 4 nhờ cầu nối ôxy hình thành chuỗi cellulose.
Nhiều chuỗi cellulose liên kết với nhau nhờ cầu nối hydro tạo nên mixen cellulose. Khoảng 40-50 mixen cellulose sắp xếp thành một khối có kích thước mặt cắt ngang 3x5 nm được gọi là bó mixen cellulose. Từng bó mixen cellulose được bao bọc xung quanh bởi một lớp hemicellulose kết hợp với một lượng nhỏ lignin, và ngoài cùng bao bọc bởi một lớp lignin tạo thành khối vững chắc có kích thước mặt cắt ngang khoảng 5-10 nm. Các khối vững chắc này sắp xếp tạo nên vách tế bào.[3] Cellulose Cellulose là thành phần chủ yếu tạo nên vách tế bào.
Nó là hợp chất cao phân tử đựợc tạo nên từ các mắt xích , D - glucose nhờ các mối liên kết glucozit 1, 4, có công thức phân tử [C6H7O2(OH)3]n, n = 5000 - 14000. Trị số n thay đổi tuỳ thuộc vào nguồn gốc cellulose, phương pháp xử lý. Độ trùng n 5 hợp có ảnh hưởng lớn đến tính chất của cellulose. Chuỗi cellulose chứa từ 200 - 3000 phân tử cellulose.
Cấu tạo phân tử cellulose được mô tả ở Hình 2. H OH CH2OH H CH2OH 0 0 H H 0 H -0 OH H H OH H -0- H H OH H H 0H H H 0 H H 0 0 0 H CH2OH H OH CH2OH H OH Hình 2. Phân tử cellulose Trong mỗi mắt xích của phân tử cellulose có ba nhóm hydroxyl (-OH) ở các vị trí 2, 3, 6 (trong đó có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai) nên có thể xem cellulose là một rượu đa chức, bậc cao. Trong mixen cellulose có vùng định hình và vùng không định hình.
Vùng định hình là vùng mà các phân tử cellulose sắp xếp có trật tự, có cấu trúc bền vững nên dung môi và hoá chất khó xâm nhập. Độ dài vùng định hình thường từ 30 - 60 nm. Vùng không định hình là vùng mà các phân tử cellulose sắp xếp không trật tự, cấu trúc lỏng lẻo nên dung môi và hoá chất dễ xâm nhập (Hình 2. Trong quá trình tạo thành các dẫn xuất của cellulose, khả năng phản ứng của các nhóm chức hydroxyl đóng vai trò quan trọng.
Cellulose trong tự nhiên tồn tại các liên kết hydro nội phân tử và các liên kết hydro giữa các phân tử. Các liên kết hydro nội phân tử được tạo ra: giữa H của nhóm hydroxyl ở C2 của một mắt xích và O thuộc nhóm hydroxyl ở C6 của mắt xích liền kề; giữa H của nhóm hydroxyl ở C 3 một đơn vị mắt xích và O nằm trong vòng của đơn vị mắt xích liền kề. Liên kết hydro giữa các phân tử tạo ra giữa hydro của hydroxyl ở C6 của đơn vị mắt xích trong một đoạn mạch và O của nhóm hydroxyl ở C2 trong đoạn mạch khác. Hệ thống liên kết hydro trong cellulose thể hiện trong Hình 2.
Cấu tạo của mixen cellulose Hình 2. Hệ thống liên kết hydro trong cellulose Các liên kết hydro giữa các phân tử cellulose ảnh hưởng nhiều đến tính chất của sợi cellulose như hút ẩm, co dãn, hoà tan, … Trong phân tử cellulose có các liên kết C - C và C - O, cũng như các liên kết hóa trị khác chúng rất bền vững và có lực liên kết rất lớn (lực liên kết của C - C bằng 62,77 Kcal/mol), trong khi đó của liên kết hydro là 5 – 6 Kcal/mol còn lực Van der Waals 2 – 3 Kcal/mol. Do trong phân tử cellulose chứa rất nhiều nhóm hydroxyl nên giữa các phân tử tồn tại rất nhiều liên kết hydro, vì thế lực liên kết giữa các phân tử rất lớn và lớn hơn rất nhiều lực hóa học liên n 7 kết các mắt xích trong phân tử. Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose có thể biểu diễn như Hình 2.
H H O O OH H H HO O O H H O O OH H H HO O O H H O O OH Hình 2. Liên kết hydro giữa các phân tử cellulose Nếu nước được hút vào nghĩa là phân tử nước vào giữa các phân tử cellulose xuất hiện các liên kết hydro qua các phân tử nước, theo sơ đồ ở Hình 2. Đó là quá trình trương nở của cellulose trong nước. Thực chất quá trình trương nở cellulose là quá trình tác nhân gây trương nở xâm nhập vào, bứt phá các liên kết hydro giữa các phân tử cellulose cạnh nhau, khi đó làm cho khoảng cách giữa các phân tử cellulose tăng lên, dẫn đến liên kết của chúng (liên kết Van der Waals) yếu đi, các phân tử cellulose dễ bị xê dịch và trở nên lỏng lẻo hơn, đồng thời khi liên kết hydro bị phá vỡ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các tác động khác làm thay đổi cấu trúc của phân tử cellulose trong gỗ.
Hiện tượng trương nở của cellulose có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ biến tính gỗ, do nó làm cho tính chất cơ học, vật lý và hoá học của gỗ thay đổi. Liên kết hydro giữa các phân tử khi cellulose trương nở trong nước a.