Quy trình công nghệ sản xuất gỗ sẻ biến tính

1. Giới thiệu chung

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các sản phẩm gỗ, gỗ rừng trồng đang được đặc biệt quan tâm để đáp ứng nhu cầu gỗ trong tương lai. Do rừng trồng có tốc độ sinh trưởng nhanh, gỗ rừng trồng thường có khối lượng thể tích thấp, cơ tính và độ bền tự nhiên không cao.

Bởi vậy biến tính gỗ hóa học đã được phát triển như một phương pháp tiên tiến để cải thiện những bất lợi này. Biến tính hóa học của gỗ có thể được định nghĩa như một quá trình liên kết một hóa chất phản ứng với một phần phản ứng của polyme vách tế bào gỗ. Quá trình này có thể là ngâm tẩm hóa chất, sơn phủ, polyme hóa hay xử lý nhiệt.

Gỗ có thể được biến tính hóa học để cải thiện khả năng chịu nước, ổn định kích thước, chống chịu axit hay ba zơ, chống chịu bức xạ siêu tím, phá hủy bởi sinh học, và phân hủy nhiệt. Gỗ cũng có thể được xử lý hóa học, sau đó được nén ép để cải thiện ổn định kích thước và tăng độ cứng.

2. Điều kiện xử lý biến tính gỗ

Gỗ có thể giảm khả năng trương nở và co rút khi tiếp xúc với nước nếu được xử lý với các hóa chất chịu nước. Gỗ có thể được ngâm tẩm trong những hóa chất đó ở dạng dung dịch với nước hay trong dung môi, nhờ đó những hóa chất có thể liên kết với các polyme trên vách tế bào gỗ. Những xử lý như vậy cũng làm giảm mức độ thay đổi kích thước gỗ trong điều kiện môi trường ẩm, ngay cả trong một thời gian dài.

Các loại sơn, dầu, chất tráng phủ, giấy ép plastic có thể làm chậm khả năng hút ẩm của gỗ, nhưng ít có khả năng ổn định được kích thước gỗ khi tiếp xúc thường xuyên và lâu dài với môi trường ẩm.

Sự ổn định vĩnh viễn kích thước gỗ là cần thiết trong những điều kiện ứng dụng nhất định. Điều này có thể thực hiện được bởi việc đẩy một tác nhân nở (bulking agent) vào giữa cấu trúc dãn nở của các sợi gỗ. Những tác nhân nở đã được thương mại hóa là những hệ thống định hình nhựa phenol formaldehyde nhiệt rắn và có thể hòa tan tốt trong nước. Cho đến nay không hề có nhựa nhiệt dẻo nào có khả năng ổn định kích thước gỗ một cách hiệu quả.

3 Ngâm tẩm gỗ

Cấu trúc của gỗ giống như mút xốp, với những lỗ mạch. Mục tiêu của bảo quản gỗ là để tráng phủ các vách ngăn đó với hóa chất bảo quản để bảo vệ gỗ khỏi mục nát bị các loại nấm mục và côn trùng gây hại. Các hóa chất khi đươc tiếp xúc và phản ứng với gỗ cũng làm biến tính gỗ để phục vụ các yêu cầu nâng cao chất lượng và độ bền tự nhiên cho gỗ

Các hóa chất có thể được thấm sâu vào gỗ nhờ sự trợ giúp của môi trường chân không và áp lực. Trước hết, chân không có tác dụng loại bỏ không khí trong gỗ để tạo các khoảng trống cho các hóa chất bảo quản, sau đó với sự trợ giúp của áp lực cao để đẩy sâu vào trong gỗ.

Phụ thuộc vào loại gỗ, ứng dụng mức độ độ ẩm của gỗ, các qui trình chân không áp lực khác nhau được sử dụng.

- Qui trình chân không áp lực   – dùng cho gỗ xẻ khô (với độ ẩm gỗ thấp hơn độ ẩm bão hòa thớ gỗ)

- Qui trình áp lực dao động – dùng cho gỗ xẻ ướt

- Qui trình chân không 2 giai đoạn – dùng cho gỗ xẻ cần giữ lại kích thước ban đầu

- Qui trình Lowry – một qui trình mang tính kinh tế

- Qui trình Royal – Qui trình tinh chỉnh cho gỗ xẻ được xử lý chân không áp lực

3.1 Qui trình ngâm tẩm gỗ chân không áp lực

Ngâm tẩm gỗ chân không áp lực là phương pháp phổ biến được áp dụng trong công nghiệp. Gỗ trước khi được ngâm tẩm bằng công nghệ này cần phải có độ ẩm nhỏ hơn 30% (điểm bão hòa thớ gỗ)

Điều quan trọng nhất trong công nghệ ngâm tẩm chân không áp lực là giai đoạn rút chân không đầu tiên, sự điền đầy ruột tế bào gỗ trong quá trình chân không áp lực.

Bơm chân không đặc dụng hút không khí ra khỏi ống mạch và cấu trúc gỗ cần xử lý. Độ chân không càng lớn thì gỗ càng hấp thụ được nhiều dung dịch chất bảo quản. Trong khi ống mạch gỗ đang được điền đầy dung dịch chất bảo quản, chân không cần phải được duy trì. Sau đó, bơm áp lực đẩy dung dịch sâu vào bên trong gỗ với áp suất cực lớn. Kết thúc của các quá trình ngâm tẩm trên, giai đoạn chân không cuối cùng có thể áp dụng để đảm bảo gỗ không bị ướt nhỏ giọt khi được tháo gỡ ra khỏi thiết bị ngâm tẩm.

Các loại gỗ rất khác nhau về khả năng thấm hóa chất bảo quản. Điều này có nghĩa là các quá trình chân không, áp lực cần phải được áp dụng dài hơn nhiều đối với loài gỗ này (spruce) so với loài gỗ khác (pine). Hiệu quả ngâm tẩm gỗ không chỉ phụ thuộc vào khả năng thấm hóa chất của từng loại gỗ mà còn ở vị trí trên thân mỗi cây gỗ được ngâm tẩm. Thông thường ở hầu hết các loại gỗ, gỗ dác có khả năng thấm thuốc cao hơn gỗ lõi.

3.2 Qui trình ngâm tẩm chân không 2 giai đoạn (Double vacuum process)

Đây là một quá trình ngâm tẩm thường được áp dụng cho gỗ xẻ  với yêu câu giữ nguyên kích thước gỗ sau khi xử lý hóa học, độ bền sử dụng Hạng 3 (Class 3) như là khung cửa, cửa sổ v.v… Tuy nhiên gỗ xây dựng, thớt nhà bếp, gỗ ban công v.v… cũng thường đươc xử lý theo qui trình chân không hai giai đoạn này.

Trong qui trình có thể nói là áp lực thấp này, gỗ trước tiên được điều chỉnh với môi trường chân không yếu và trong thời gian ngắn, sau đó khi ống mạch gỗ được điền dung dịch chất bảo quản, áp suất bình thường được đều chỉnh trở lại. Trong giai đoạn chân không lần 2, dung dịch hóa chất dư thừa được dời đi giúp cho gỗ tẩm tương đối “khô” bề mặt.

Mặc dù các chất bảo quản gỗ hòa tan trong dung môi thường được sử dụng trong qui trình này, hiện nay việc sử dụng các chất bảo quản hòa tan trong nước cũng được sử dụng để giảm ô nhiễm thường gây ra bởi dung môi.

4. Xử lý hóa nhiệt

4.1 Xử lý hóa nhiệt

Gỗ được xử lý với nhựa nhiệt rắn, thấm vào sợi gỗ và được nhiệt phản ứng trong điều kiện không nén ép được gọi là gỗ biến tính hóa nhiệt. Trong công nghệ này, gỗ đã tẩm nhựa được sấy khô ở nhiệt độ trung bình để loại bỏ nước, sau đó được gia nhiệt phản ứng để đóng rắn nhựa.

4.2 Xử lý ép hóa nhiệt

Gỗ ép biến tính hóa nhiệt khác gỗ biến tính hóa nhiệt là được nén ép trước khi nhựa tẩm được phản ứng đóng rắn nhiệt trong gỗ. Những hóa chất nhựa định hình (thông thường là phenol- formaldehyde) được tẩm vào gỗ và sau đó được ép với áp xuất vừa phải (6.9Mpa) để tạo gỗ ép biến tính với khối lượng thể tích tới 1.35 g/cm³.

Thông qua các phản ứng hóa học, hóa chất hữu cơ có thể liên kết với các nhóm hydroxyl trên các thành phần vách tế bào gỗ. Phương thức xử lý này làm dãn nở vách tế bào gỗ với liên kết hóa học bền vững. Có rất nhiều các hóa chất đã được sử dụng để biến tính hóa học cho gỗ. Để đạt được kết quả tốt nhất, các chất hóa học nên có khả năng phản ứng với các nhóm hydroxyl của gỗ trong điều kiện trung tính, kiềm nhẹ ở nhiệt độ thấp hơn 120^oC.

Các phân tử hóa chất tẩm nên phản ứng nhanh chóng với các thành phần gỗ để tạo những liên kết bền trong khi gỗ đã được xử lý vẫn giữ lại được các đặc tính mong muốn của gỗ chưa biến tính.

Các phản ứng của gỗ với các hóa chất như anhydride, epoxide, isocianate, acid chloride, cacboxylic axit, lactone, alkyl chloride tạo ra gỗ biến tính với độ ổn định kích thước tăng và cải thiện khả năng chống chịu mối, mục nát và sinh vật biển phá hoại. Các đặc tính cơ học của gỗ biến tính hóa học về cơ bản không thay đổi so với gỗ không xử lý.

Keo phenol là loại keo có thể đem đến khả năng chịu nước, ổn định kích thước, và cường độ gỗ cao (ngoại trừ va đập). Keo phenol cũng là keo có giá thấp hơn các loại keo khác khi cùng tạo ra được một đặc tính so sánh. Keo phenol hòa tan trong nước, là loại keo thường được dùng để mang lại khả năng chịu nước và các đặc tính cường độ nén cao nhất cho sản phẩm, nhưng chúng cũng làm cho sản phẩm dòn (cường độ va đập thấp).

Keo phenol hòa tan trong cồn có thể tạo ra sản phẩm dẻo dai hơn., nhưng cũng như keo hòa tan trong nước, khó thấm vào các sợi gỗ và làm giảm khả năng chịu nước và ổn định kích thước khi được dùng để ngâm tẩm xử lý gỗ có kích thước lớn. Trong thực tế thì keo phenol hòa tan trong cồn thường được sử dụng nhiều cho xử lý gỗ.

TS. Nguyễn Hồng Minh

Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao Công nghệ Công nghiệp rừng

Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam

Nguồn:woodaccess.com