Nghiên cứu khoa học nâng cao khả năng dán dính gỗ thông Caribe trong sản xuất đồ mộc bằng phương pháp luộc

Nghiên cứu khoa học NÂNG CAO KHẢ NĂNG DÁN DÍNH GỖ THÔNG CARIBE TRONG SẢN XUẤT ĐỒ MỘC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LUỘC NÂNG CAO KHẢ NĂNG DÁN DÍNH GỖ THÔNG CARIBE TRONG SẢN XUẤT ĐỒ MỘC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LUỘC Nguyễn Xuân Quyền, Hà Tiến Mạnh Phòng chế biến Lâm sản Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam TÓM TẮT Thông Caribe là nguồn nguyên liệu tiềm năng và có giá trị trong chế biến đồ mộc. Hiện nay, Thông Caribe đang được gây trồng rộng rãi trên cả nước. Tuy vậy, kết quả nghiên cứu cho thấy gỗ Thông Caribe sau khi khai thác lấy nhựa trong gỗ vẫn tồn tại một lượng nhựa không nhỏ và lượng nhựa này ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm: Độ bền dán dính (IB) của gỗ Thông Caribe với keo PVAc chỉ đạt 9.7 MPa, hiện tượng biến màu gỗ, loang bề mặt sản phẩm hay các mối liên kết (đối với các sản phẩm liên kết với nhau bằng keo) của gỗ Thông Caribe có thể bị tách ra sau một thời gian sử dụng đang được quan tâm. Nghiên cứu cho thấy thời gian luộc 2 giờ phần lớn lượng nhựa trong gỗ đã được giải phóng, độ bền dán dính của gỗ tăng lên 23.24% đạt 12 MPa tương đương với gỗ Bạch đàn trắng (11.6 MPa). Hơn nữa, gỗ sau khi luộc loại bỏ một phần nhựa cũng không gây ra hiện tượng biến màu gỗ. Từ khóa: Gỗ thông, Nhựa thông, Luộc gỗ, Độ bền dán dính. ĐẶT VẤN ĐỀ Thông Caribe - một nguồn nguyên liệu đầy tiềm năng cho ngành chế biến lâm sản như sản xuất tinh dầu thông, colophan và chế biến gỗ, đã và đang được gây trồng rộng rãi ở các tỉnh vùng miền núi phía Bắc và khu vực miền Trung, miền Nam. Tổng sản lượng khai thác gỗ thông khoảng 46.000m3/năm (Viện ĐTQH Rừng “Dự thảo Đề án trồng rừng nguyên liệu gỗ phục vụ công nghiệp chế biến, sản xuất sản phẩm xuất khẩu” 4/2005). Tuy nhiên, cây Thông Caribe có nhược điểm là hàm lượng nhựa trong gỗ cao ảnh hưởng đến khả năng sử dụng gỗ như khả năng dán dính, khả năng trang trí bề mặt, vì vậy mà gỗ Thông Caribe vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong nghành chế biến gỗ. Hơn nữa, gỗ Thông Caribe sau một thời gian sử dụng gỗ có hiện tượng biến màu. Xử lý nhiệt ẩm (luộc) là phương pháp truyền thống đã có từ lâu. Tuy vậy, việc luộc gỗ chủ yếu tập trung vào việc giải quyết những vấn đề liên quan đến chất lượng gỗ sấy, làm mềm gỗ cho sản xuất ván lạng, ván dán, nấm mục, nấm mốc… mà vẫn chưa có nghiên cứu nào xác định chế độ luộc hợp lý để giảm hàm lượng nhựa có chứa trong gỗ Thông Caribe nhằm nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ trong chế biến đồ mộc. Bài báo này giới thiệu phương pháp giảm thiểu hàm lượng nhựa có chứa trong gỗ Thông Caribe nhằm nâng cao khả năng dán dính bằng phương pháp nhiệt ẩm. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu - Gỗ tròn: gỗ Thông Caribe 18 tuổi được lấy tại Trung tâm Nghiên cứu Đông Bắc Bộ, Viện KHLN Việt Nam – Xã Ngọc Thanh-Phúc Yên - Vĩnh Phúc. - Chất kết dính là keo PVAc Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu: Mẫu được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN370-70. Để cho việc lấy mẫu phù hợp với các tiêu chuẩn lấy mẫu trên thân cây gỗ mẫu thí nghiệm được lấy từ 2 vị trí trên thân cây, mỗi khúc có chiều dài 1,2m, khúc 1 được lấy từ vị trí trên 1,3 m và khúc 2 được cắt dưới vị trí phân cành 1,3m. Kích thước mẫu: 50x30x300mm. Luộc gỗ: Số mẫu cho mỗi lần luộc: 15 mẫu, số lần lặp lại là 3 - Xác định thời gian luộc: 10h. - Xác định mức độ giảm khối lượng mẫu: Các mẫu gỗ trước khi đưa vào luộc được đánh số thứ tự từ 1 đến 15 và được sấy ở 100 +50C đến khối lượng không đổi để xác định khối lượng khô kiệt của mẫu thí nghiệm khi chưa được loại bỏ nhựa. Sau đó, mẫu thí nghiệm được đưa vào nồi luộc. Cứ sau 2 giờ mẫu gỗ được lấy ra và sấy khô đến khối lượng không đổi để xác định khối lượng rồi lại bỏ vào luộc đến 10h thì ngừng. Các mẫu gỗ được đưa vào khi nhiệt độ của nước đạt 800C, nhiệt độ luôn luôn được duy trì ở 80 ± 50C. Để tránh nhựa trong gỗ không thoát ra được cứ sau thời gian 2h nước lại được thay một lần. Phương pháp kiểm tra độ bám dính với màng keo Sau khi xác định thời gian luộc hợp lý, các mẫu gỗ Thông Caribe tương tự được đưa vào luộc trong thời gian quy định và được sấy khô đến độ ẩm ≤10%. Lực bám dính của gỗ được xác định theo tiêu chuẩn GB581-86. Chất kết dính được sử dụng là keo PVAc Để xác định lực dán dính với màng keo, mẫu gỗ được chuẩn bị như sau: Các thanh gỗ sau khi luộc 2 giờ được gia công tạo ra thanh có kích thước dày x rộng x dài là 2,2 x 3,0 x 30 cm. Các thanh gỗ được gia công với độ chính xác và độ nhẵn cao nhằm đảm bảo khả năng dán dính giữa keo và gỗ là tốt nhất. Độ ẩm gỗ trước khi ghép ≤10%. Lượng keo tráng trên bề mặt vật dán 200- 250g/m2, áp lực ép P = 4KG/cm2 và thời gian ép 24 giờ. Thanh ghép sau khi ép được gia công, cắt theo kích thước của tiêu chuẩn GB58-86. Độ bền kéo trượt màng keo được xác định theo công thức. σk = P/W x S (MPa) Trong đó: σk - độ bền kéo trượt màng keo (MPa) P - lực phá hủy màng keo (KG) W- Chiều rộng màng keo (mm) S - chiều dài màng keo (mm) Thiết bị nghiên cứu: Thí nghiệm được thực hiện tại phòng Nghiên cứu Chế biến Lâm sản, các thiết bị dùng cho nghiên cứu bao gồm: - Nồi luộc gỗ có dung tích 30lít - Cân điện tử sartorious với độ chính xác 0.01 g - Tủ sấy Memmert của Đức - Thiết bị gia nhiệt bằng điện (bếp điện) cho phép điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu. - Máy thử tính chất của ván tổng hợp (STM 50KN United State) được kết nối trực tiếp với máy tính, các số liệu được xử lý bằng phần mền do nhà sản xuất cung cấp. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thời gian luộc loại bỏ nhựa trong gỗ Thông Caribe Sau 3 lần thí nghiệm lặp lại và mỗi lần thí nghiệm là 15 mẫu với cùng điều kiện nhiệt độ, thời gian luộc và thiết bị sấy cũng như cân đo. Thời gian luộc loại bỏ nhựa được xác định ở bảng sau: Bảng 1. Thay đổi khối lượng khi luộc gỗ thông Caribe theo thời gian. Khối lượng mẫu (gam)/ thời gian luộc (giờ) STT 0 1 2 4 6 8 10 1 TN1 446.4 441.36 429.66 429.12 428.94 428.76 428.76 2 TN2 434.16 432.72 430.02 429.48 429.3 429.12 429.12 3 TN3 433.26 431.46 429.3 428.94 428.58 428.4 428.4 Tbình 437.94 435.51 429.66 429.18 428.94 428.76 428.76 Biểu đồ thay đổi khối lượng gỗ theo thời gian luộc Đồ thị diễn biến khối lượng mẫu theo thời gian luộc 424 426 428 430 432 434 436 438 440 0 1 2 4 6 8 10 Thời gian luộc (giờ) K hố i l ư ợ ng m ẫu (g ) Khối lượng mẫu Hình 1.1 Biểu đồ thay đổi khối lượng gỗ theo thời gian luộc Từ số liệu ở bảng 1 và biểu đồ hình 1.1 cho thấy lượng nhựa chiết xuất ra rất lớn sau thời gian luộc 2 giờ luộc ở nhiệt độ 800C khối lượng mẫu gỗ giảm từ 437.98(g) xuống còn 435.51 (g) sau một giờ luộc và 429.66 (g) sau 2h luộc tương ứng 1.89% lượng nhựa và các tạp chất thoát ra. Đây là giai đoạn luộc đầu tiên đồng thời lượng nhựa chứa trong gỗ thoát ra nhiều nhất. Các giai đoạn tiếp theo 4h, 6h, 8h và 10h khối lượng gỗ giảm không đáng kể và không đổi sau 8 giờ luộc. Tổng hàm lượng chất chiết xuất thoát ra trong thời gian thí nghiệm xấp xỉ 2.1% trong đó 2 giờ đầu lượng nhựa và các chất chiết xuất thoát ra chiếm 82% so với tổng lượng chất triết thoát ra. Cường độ dán dính của gỗ Thông Caribe xử lý và không xử lý nhiệt ẩm Bảng 2. Cường độ bám dính của gỗ thông Caribe không xử lý TT Tên mẫu Rộng (mm) Dài (mm) P (kgf) σk(Mpa) 1 I.1 25.58 40.44 1428.4 13.81 2 I.2 25.42 40.01 1357.5 13.35 3 I.3 25.52 40.43 1292.4 12.53 4 I.4 23.92 40.44 946.45 9.78 5 I.5 23.92 40.16 832.53 8.67 6 I.6 24.41 40.58 801.39 8.09 7 I.7 24.59 40.58 886.66 8.89 8 I.8 24.51 40.16 992.15 10.08 9 I.9 24.57 40.47 770.46 7.75 10 I.10 24.72 40.02 914.55 9.24 11 I.11 24.38 40.86 1349.8 13.55 12 I.12 24.07 40 560.11 5.82 13 I.13 24.01 40.24 761.39 7.88 14 I.14 24.29 40.2 1063 10.89 15 I.15 24.7 40.3 643.51 6.46 9.79 Bảng 3. Cường độ dính của gỗ thông Caribe xử lý nhiệt ẩm 1 giờ TT Tên mẫu Rộng (mm) Dài (mm) P (kgf) σk(Mpa) 1 II.1 24.24 40.36 653.31 6.68 2 II.2 24.72 40.02 924.55 9.35 3 II.3 23.92 40.11 842.23 8.78 4 II.4 25.18 40.42 1438.3 14.13 5 II.5 24.31 40.58 811.37 8.22 6 II.6 25.27 45.14 1714.2 15.03 7 II.7 24.33 40.2 1063.3 10.87 8 II.8 24.57 40.27 870.46 8.80 9 II.9 23.62 40.44 946.45 9.91 10 II.10 25.51 40.31 1292.4 12.57 11 II.11 24.59 40.48 896.26 9.00 12 II.12 24.01 40.24 861.39 8.92 13 II.13 25.42 40.23 1294.2 12.65 14 II.14 24.53 40.41 770.46 7.77 15 II.15 24.29 40.26 1143 11.69 TBình 10.29 Bảng 4. Cường độ dính của gỗ thông Caribe xử lý nhiệt ẩm 2 giờ TT Tên mẫu Rộng (mm) Dài (mm) P (kgf) σk(Mpa) 1 III.1 25.88 44.77 1529.7 13.20 2 III.2 26.04 45.38 1456.6 12.33 3 III.3 25.94 45.34 1450.2 12.33 4 III.4 25.64 44.66 1195.2 10.44 5 III.5 25.53 45.8 1300.6 11.12 6 III.6 25.77 45.14 1704 14.65 7 III.7 25.83 45.91 1696 14.30 8 III.8 25.53 45.71 1322.4 11.33 9 III.9 25.58 45.81 1735.3 14.81 10 III.10 25.74 47.04 1382.9 11.42 11 III.11 25.88 45.67 1322.4 11.19 12 III.12 25.84 45.57 1261.3 10.71 13 III.13 25.76 45.44 1309 11.18 14 III.14 25.76 46.37 1477.3 12.37 15 III.15 25.79 45.74 1121.3 9.51 TBình 12.06 Bảng 5. Cường độ dính của gỗ thông Caribe xử lý nhiệt ẩm 4 giờ TT Tên mẫu Rộng (mm) Dài (mm) P (kgf) σk(Mpa) 1 IV.1 25.5 44.8 1300.6 11.39 2 IV.2 25.74 45.04 1382.9 11.93 3 IV.3 25.79 45.74 1321.3 11.20 4 IV.4 25.41 44.72 1529.7 13.46 5 IV.5 26.04 45.38 1456.6 12.33 6 IV.6 25.77 45.14 1704 14.65 7 IV.7 25.88 45.61 1322.4 11.20 8 IV.8 25.76 46.37 1477.3 12.37 9 IV.9 25.58 45.43 1735.3 14.93 10 IV.10 25.94 45.34 1450.2 12.33 11 IV.11 25.53 45.71 1322.4 11.33 12 IV.12 25.76 45.44 1309.0 11.18 13 IV.13 25.64 44.66 1295.2 11.31 14 IV.14 25.44 45.52 1261.3 10.89 15 IV.15 25.28 45.17 1529.7 13.40 TBình 12.26 Ảnh hưởng của thời gian luộc đến cường độ dán dính của của gỗ thông Caribe với màng keo PVAc. Đồ thị ảnh hưởng của thời gian luộc đến cường độ dán dính của gỗ 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 4 Thời gian luộc (giờ) C ư ờ n g đ ộ d án d ín h ( M P a) Cường độ dán dính Hình 1.2. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian luộc gỗ đến cường độ dán dính. Kết quả ở bảng 2, 3, 4,5 và đồ thị hình 1.2 cho thấy lực bám dính trung bình của của gỗ Thông Caribe không qua xử lý luộc chỉ đạt 9.79 MPa. Sau thời gian luộc 1h lực bám dính của gỗ tăng lên không đáng kể chỉ đạt 10.29MPa. Tuy vậy, cường độ dán dính đã tăng lên rất đáng kể, đạt 12.06 MPa sau thời gian luộc 2 giờ. Sau thời gian luộc 4h, cường độ dán dính gần như không tăng so với 2h luộc. Điều này có thể lý giải rằng sau thời gian 2h, lượng nhựa và các chất triết trong gỗ đã thoát ra gần hết vì vậy mà cường độ dán dính gần như không bị ảnh hưởng sau thời gian luộc này. Lực bám dính của gỗ sau khi xử lý loại bỏ một phần nhựa lớn hơn khá nhiều so với lực dán dính của gỗ Thông Caribe không qua xử lý 2.47 MPa. Điều này chứng tỏ khả năng dán dính của gỗ Thông Caribe chịu ảnh hưởng rất lớn bởi lượng nhựa và các tạp chất chứa trong gỗ. KẾT LUẬN  Thời gian chiết xuất hợp lý loại bỏ một phần lượng nhựa chứa trong gỗ là 2 giờ, lượng nhựa và các chất chiết xuất khác thoát ra là 1.89% và giảm không đáng kể trong thời gian luộc gỗ tiếp theo. Tổng hàm lượng nhựa và các chất chiết xuất thoát ra trong vòng 10 giờ đạt 2.1%.  Cường độ dán dính của gỗ Thông Caribe sau khi xử lý 1h tăng lên là 0.51MPa, sau 2h tăng lên 2.27 MPa tương ứng 23.24% so với gỗ Thông không qua xử lý chiết xuất là 9.79 MPa và tăng không đáng kể sau thời gian luộc 4h. Như vậy thời gian xử lý triết xuất hợp lý để tăng cường khả năng dán dính của gỗ Thông Caribe là 2h.  Gỗ qua xử lý độ bám dính của gỗ -keo-gỗ đồng đều hơn trên toàn bộ bề mặt được dán dính (tiếp xúc) TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Huy Sơn, 2005. Nghiên cứu các giải pháp công nghệ phát triển nguyên liệu gỗ cho xuất khẩu, mã số KC.06.05.VN Nguyễn Thị Bích Ngọc, 2005. Nghiên cứu công nghệ chế biến, bảo quản gỗ rừng trồng, đề tài cấp Bộ. Bùi Duy Ngọc, Nguyễn Đình Hợi, Nguyễn Thị Minh Xuân. Bước đầu nghiên cứu nâng cao khối lượng thể tích gỗ Hông (Paulownia fortunei), Tạp chí KHLN số 1/2007 Đặng Văn Thuyết, Nguyễn Thanh Sơn, Lương Thế Dũng. Xác định điều kiện gây trồng Thông Caribe cung cấp gỗ lớn ở vùng Đông Bắc Bộ, tạp chí KHLN số 3/2007. Tiêu chuẩn xác định kiểm tra mẫu, tiêu chuẩn GB586, TCVN370-70. Improving tensile strength of Caribe wood on furniture product by boiling method Nguyen Xuan Quyen, Ha Tien Manh Forest Science Institute of Vietnam Summary Caribe species is a potential resource for manufacturing furniture, and this species is being extensively grown in Vietnam. However, the research on Caribe timber shows that it contains a lot of resin. This resin affects the quality of products made from Caribe timber: its tensile strength with PVAc glue was only 9.7 MPa. Some phenomena, for example, color change and the glue breaking after a period of time is being paid attention (including for products such as laminated board and floor boards) Research showed that after being boiled for two hours, almost all of the resin in the Caribe wood was removed. The tensile strength with PVAc glue increased significantly to 23.24%, reaching 12 MPa and the same as tensile strength as Eucalyptus (11.6 MPa). Furthermore, the products made from Caribe wood did not undergo a color change after boiling. Key words: Caribe wood, Resin, Boiling, Tensile strength.