altaltaltaltaltalt

">

NĂM TRUNG - ĐỒNG HÀNH CÙNG BẠN, TIẾN TỚI THÀNH CÔNG


Trang Web|
Web liên kết :
Gỗ Tràm ghép dày 20, 25, 30, 35, 40mm SX mặt bàn, khung cửa Gỗ Thông ghép dày 10, 12, 22, 24mm SX mặt bàn, hông tủ, kệ gỗ Gỗ cao su ghép dày các loại SX thớt gỗ, bàn ghế, giường tủ gỗ
Từ Điển

Cơ sở lý thuyết chậm cháy


1. Thành phần hóa học và cấu tạo gỗ

Gỗ do nhiu tế bào cu tạo nên, một th hỗn hợp rt phc tạp của các chất cao phân tử polysaccarit gm có nhóm cacbonin nhân benzen to thành. Ngoài các thành phần chủ yếu thì trong gỗ còn du, nha, chất chát, cht màu, cht béo,...

Các cht cấu to nên gỗ các cht hu (99 ÷ 99,7%), cho nên thành phần nguyên t của gm 4 loi chính cacbon (C), hidro (H), oxi (O) nitơ (N). Các loại gỗ khác nhau, các vị trí khác nhau trên cây có t lệ thành phn các hợp chất hu cơ không giống nhau, nhưng t lệ thành phn các nguyên tố hóa học to nên các hợp chất hu trong thân cây li gn xp xỉ nhau. Hàm lưng nh quân của cacbon (C) là 50%, hidro (H) 6,4%, oxi (O) 42,6%, nitơ (N) 1% và một số nguyên tố vi lưng khác.

Tro gỗ thành phần của tro: Khi đốt cháy hoàn toàn g các chất sẽ biến thành tro. m lượng tro khong từ 0,3 ÷ 1% khối lượng g hoàn tn khô. Nếu có tạp chất ln vào đôi khi t lệ tro lên đến 2 ÷ 5%. Hàm lượng tro phụ thuộc vào vị trí khác nhau trong cây. Vỏ, rễ cây nhiu tro hơn g. Tro hp cht của các nguyên tố: K, Na, Ca, Mg, Fe, Si,... chia làm hai phn chính: phn tan trong nước, chiếm từ 10 ÷ 25% trong đó chủ yếu mui cacbonat natri kali chiếm 60 ÷ 70%; phần không tan trong nước chiếm 75 ÷ 90%  trong đó gn mt na cacbonat canxi còn lại muối của photphoric silixic và nhng loi muối kim loại khác không tan trong nước.

Các chất cấu to nên gỗ gồm hai loi: Loại thứ nhất gồm cellulose, lignin, hemicellulose là nhng cht cấu tạo nên vách tế bào. Loi thứ hai nhng chất dầu nha, chất màu, tanin, tinh du, cht béo,.. tồn tại trong ruột tế o.

Cellulose (C6H10O5)n, n > 200.000 thành phần cơ bản nht của vách tế bào. Ba nguyên tố cu to nên cellulose là C 44,4 (%), H 6,2 (%) O 49,4 (%). Trong gỗ cellulose chiếm 40 ÷ 50%. Phân tử cellulose là sự liên kết của các phân tử D- glucose, chuỗi cellulose chứa từ 200 - 3000 phân tử monome liên kết với nhau ở vị trí 1 - 4 tạo nên sợi cơ bản.

Sau cellulose, lignin thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế o. Lignin là chất bột màu nâu sm, thuộc loại cacbua vòng cao phân t. Vai trò lignin được xem như chất liên kết, bao bọc gia các tế bào. Lignin tập trung vào ng không gian gia các tế bào. Thành phần cấu tạo của lighin rất phc tạp.

Trong q trình nhiệt phân gỗ, dầu g không tan do lignin hình thành nên, còn dầu gỗ tan do cellulose hemicellulose hình thành nên. Trong gỗ lignin chiếm từ 17 ÷ 30%. Dưới tác dụng của acid, halozen, kim trong điều kiện nhất định thì lignin bị chuyển h trở nên thể tan được đó do sự đt mạch, phân đoạn các phân tử lignin.

Hemicellulose nhng polysaccarit cu to nên vách tế bào nhưng tính chất hóa học kém ổn định hơn so với cellulose. Hemicellulose gm có pentozan (C5H8O4)n và hexozan (C6H10O5)n đây là nhng polyme không định hình tính ổn định hóa học kém. Mức độ polyme hóa của hemicellulose trung bình là 100 ÷ 250.Trong hemicellulose có một tỷ lệ khá lớn acid uronic, đó là acid của các loại đường có công thức CHO(CHOH)COOH. Khi thủy phân, các nhóm cacboxyl của acid bị phân giải thành CO2.

Hemicellulose chứa các nhóm acetyl và metoxyl, các nhóm này cũng bị phân giải khi thủy phân, như vậy quá trình thủy phân hemicellulose dẫn tới sự phân giải các hợp tử của hemicellulose để tạo ra các sản phẩm trung gian của polysaccharides, các chất này không tan trong nước, làm cho khả năng hút nước và trương nở của gỗ giảm đi.

Các chất chiết suất trong gỗ không có trong thành phần của vách tế bào, gồm có: axít nhựa, axít béo, muối vô cơ, tinh dầu, tinh bột, các loại nhựa khác,…Trong gỗ, giữa các vách tế bào và các lỗ rỗng ở vách tế bào tạo thành khoảng mao dẫn của lớp thứ nhất, chứa đầy không khí, nước, các chất chiết suất. Khoảng không gian giữa chúng và phía giữa các mạch cellulose tạo thành khoảng mao dẫn lớp thứ hai. Đường kính mao dẫn khoảng 5 - 6mm.

Liên kết hoá học giữa các thành phần trong gỗ là những liên kết yếu. Giữa các thành phần tạo nên gỗ luôn có liên kết vật lý (lực vandecvan), liên kết này cũng là những liên kết yếu. Liên kết giữa các sợi gỗ sẽ yếu đi và các sợi gỗ trở nên lỏng lẻo, dễ bị xê dịch lẫn nhau khi liên kết cầu hydro giữa chúng bị cắt đứt hoặc khoảng cách giữa các phân tử tăng lên do tác động nào đó. Cơ tính, lý tính của gỗ sẽ thay đổi khi liên kết hoặc cấu trúc các thành phần gỗ thay đổi.

Liên kết giữa lignin và cellulose có ý nghĩa quyết định đến tính chất cơ học, vật lý của gỗ. Lignin có vai trò như một chất liên kết các sợi cellulose trong vách tế bào làm cho gỗ có tính chất cơ học, lý học nhất định. Liên kết lignin và cellulose có ảnh hưởng lớn đến mức độ giãn nở và hút nước của gỗ.

Tính chất cơ học và hiện tượng giãn nở của gỗ phụ thuộc vào mức độ liên kết, bản chất hoá học của các thành phần có trong gỗ mà trước tiên phải kể đến vai trò của nhóm hydroxyl, chiều dài các phân tử cellulose, hemicellulose, lignin và liên kết giữa các thành phần đó.

 Để cải thiện tính chất hút nước và giãn nở của gỗ, ta cần có những tác động vào nhóm hydroxyl, để thay đổi tính chất cơ học ta cần tác động làm thay đổi độ polime, khoảng cách giữa các phân tử.

2. Quá trình cháy của gỗ

Quá trình cháy của gỗ thể chia ra làm các giai đoạn sau: tăng nhiệt, nhiệt phân của các thành phần gỗ, thoát ra của các chất dễ bay hơi, bốc cháy, cy có ngọn la và cháy lan tỏa, cháy các thành phn cng. thể chia quá trình cháy của gỗ thành các giai đoạn n sau:

Giai đon 1 (giai đon gia nhiệt):
Nhit độ bề mt gỗ khoảng 100oC. Đây là giai đon thoát nước bề mặt, giải phóng nước tự do một lượng rt nhỏ, CO2, C2H5OH, anđêhyt, các phản ng hóa học trong g không xy ra. Khi có nhiệt, gỗ được sy nóng, nước trong gỗ nóng lên, 100oC nước bốc hơi mạnh. Đ m ng cao, nhiệt độ ban đu thấp thì nhit lưng cần để sy càng nhiu. Thi gian sy càng dài, lượng không khí cần càng nhiều. Tuy nhiên, giai đoạn này cn không khí làm tác nhân chứ không phi cung cấp oxy cho quá trình cháy. Khi nhiệt độ đạt 150oC các phản ng hóa học bt đu xy ra chm chạp. đồ của sự phân hy cenlulose kng din ra cháy ngọn la như sau:

(C6H10O5)n -> 6nC + 5nH2O

Giai đon 2:
 

Xy ra với sự phân ly polioz (2750C), gii phóng CO, CH4 và nhng cacbuahydro có phân tử lượng thấp dễ cháy. Quá trình nhiệt phân bắt đầu, kèm theo sự tỏa nhiệt, sinh ra k cháy, hơi nước, khói và than g. Nhng chất tạo thành giai đoạn nhit phân 1 (2200C) bt đu nhit phân to ra các sản phm dầu gỗ.

Giai đon 3 (cháy ngọn la):
 

Các phn ng xy ra mãnh liệt 3100C tốc độ phân giải cellulose lớn nht. Các thành phn hóa hc của gỗ thay đổi rt nhanh, nhưng vẫn bảo toàn cu trúc tế bào, cu to sợi, khói ngng hình thành. Ở 3600C, gỗ mt 55% khối lượng, do các sản phẩm dạng khí bay hơi. Giai đon này lignin bị ảnh hưởng rất ít. Khi gỗ cy, các chất bay hơi đưa ra 80% nhit lưng và cellulose đưa ra 74% nhit lượng.

 
 
 

 

                

Hình 1.1: Sơ đồ cháy

 

Giai đon to than:
 

Lignin bị phân giải tạo ra các chất bay hơi. Các phản ng nhiệt phân tiến hành rt nhanh (rõ nht 4800C) to ra nhiu sn phẩm nhit phân. Sản phm dạng khí lỏng chiếm 1.7%, gm có: CO2, CO, H CHO, H2, dầu gỗ.. vv.

Quá trình cháy là các phn ng hóa học ca các chất với oxy, kèm theo tỏa nhiệt, khói la, liên quan cht chẽ với sự trao đổi nhit, đặc trưng bởi khả năng lan tỏa theo không gian sự truyền nhit gia các chất.

Nhit lượng đi vào pha ngưng tụ làm nhiệt đ tăng lên, gây chuyn hóa pha (các phn ng hóa học xy ra). Tiếp tục tăng nhit, các chất trong gỗ bt đu phân giải. Các chất khí được tạo ra bay hơi. pha khí, các chất khí chuyn hóa thành các chất dễ cháy. Đưng giới hn các vùng phản ng ca pha ngưng tụ pha khí gọi bề mặt cháy (nhit độ Ts). Tiếp tục tăng nhiệt, vùng hơi, khói, khí tạo thành cháy ngọn la. Vùng trước vùng cháy có ngọn la gọi vùng tối. Nhiệt độ cao nht (Tf) trong vùng cháy ngọn la. Nhit lưng vùng cháy này lan tỏa sang các vùng khác. Nếu nhiệt lượng đủ để nhiệt phân làm nóng chy gỗ thì q trình cháy được din ra trong điều kiện đủ oxy. Khi đó các phn ng oxy hóa gốc OH xy ra gốc OH tăng lên. Các chất bay hơi tiến hành phn ng oxy hóa sát trên bề mặt gỗ. Cháy của than (cháy lan tỏa) quá trình oxy hóa lượng cháy dư. Cháy ngọn la chiếm 20% nhiệt lượng của vùng cháy. Sự chuyn dịch nhit lượng khi cháy xy ra bng dẫn nhiệt, đối lưu, bc x. Sự phân hy nhiệt của các cht trong gỗ bắt đu bằng sự đt mạch ở nhng mối liên kết yếu. Các chất phân t lượng thấp nhất tạo thành do tách các nhóm chc cả nhng cacbuahydro. Đây lý do tạo thành lượng than dư.

Sự phân huỷ nhiệt của các thành phần gỗ được nghiên cứu rất cụ thể. Với những con đường khác nhau tạo thành cellulose, anhydro glucoze, phuran và những sản phẩm của nó và những hợp chất phân tử thấp. Những sản phẩm đơn phân của phân tử cellulose có khả năng tái hợp. Có thể cho rằng sự chuyển đổi nhiệt của cellulose trong vật liệu xảy ra ở nhiệt độ 250 ¸ 3200C, hemicellulose ở nhiệt độ 180 ¸ 3000C, lignin thay đổi chậm ở khoảng 170 ~ 4500C. Trong sự cháy tạo thành những sản phẩm bay hơi, sự phân huỷ diễn ra ở lớp bề mặt vật liệu có chiều dày 2¸3 mm ở gradien nhiệt độ lớn. Trong quá trình cháy tiếp diễn, dòng nhiệt lượng ngược gia nhiệt cho lớp cacbon hoá. Chất trong gỗ ở dưới lớp này được gia nhiệt và bị phân rã. Lớp than dày lên dẫn đến sự truyền nhiệt giảm xuống. Lượng sản phẩm bay hơi gần bề mặt pha khó giảm xuống, triệt tiêu đốm sáng của ngọn lửa và oxy của không khí phủ trên bề mặt than. Giai đoạn cháy lửa dẫn đến giai đoạn cháy than nhiệt độ trên bề mặt của nó được tăng đến khoảng 500 ¸  7000C.

Sự oxy hoá những sản phẩm của sự phân huỷ nhiệt xảy ra ở mặt chính diện của ngọn lửa. Quá trình được thiết lập dưới dạng mặt cắt qua trục lửa, kèm theo mức độ loại từ bề mặt 1 lượng nhỏ oxit cacbon đơn phân, H2, khí hydro cacbon và tăng lượng CO­2.

Trong quá trình Oxy hoá CO ® CO2 nhiệt lượng toả ra là 284,3KDm/mol còn từ C ® CO nhiệt lượng 110,4KDm/mol. Nhiệt lượng cháy của gỗ khô khoảng 19 ¸ 21KDm/mol, khi đó nhiệt hoá khí nằm trong khoảng 700 ¸ 1000KDm/mol. Ở điều kiện cháy không triệt để kéo theo sự tạo khói, khi đó bồ hóng được tạo thành. Bồ hóng là lượng không kịp cháy vì không đủ oxy hoặc nhiệt độ thấp trong vùng cháy. Ngoài ra khói còn được hình thành từ những sản phẩm cháy bay hơi ở pha hơi và sự tạo thành khói kết thúc trong pha ngưng tụ. Cơ cấu sự tạo khói từ pha khí là các phản ứng tác dụng của sản phẩm khí khi cháy ở hydro cacbon mạch vòng với một lượng phân tử lớn. Những chất này được ngưng tụ thành những giọt lỏng và sau đó thành những phần tử rắn, ở đó xuất hiện mật độ quang học của môi trường cháy, con người và những công việc phòng chữa cháy có thể khắc phục (xử lý) tình trạng này. Ngoài ra trên bề mặt của những phần tử khói tập trung những khí độc, những khí này được giữ lại ở môi trường cháy và cùng với khói vào hơi thở.

Khí độc cơ bản của sự cháy gỗ là oxit cacbon đơn phân. Trong quá trình cháy các vật liệu gỗ với 1 lượng xác định các polyme, ảnh hưởng khí độc được quy ước như sản phẩm của sự phân rã các polyme và sản phẩm cháy không hoàn toàn của chúng. Quá trình tạo khói và khí độc khi cháy phụ thuộc vào thành phần hoá học của vật liệu, phụ thuộc vào điều kiện xảy ra sự cháy. Hiệu ứng nhiệt lượng cháy, sự tạo khói và sản phẩm khí độc khi cháy có thể .

Hiệu ứng nhiệt lượng cháy, sự tạo khói và tính độc hại của những sản phẩm cháy biểu thị đặc tính nghịch trong toàn bộ quá trình cháy của vật liệu. Những đặc tính này được sử dụng để chọn những chỉ tiêu tương ứng cho những vật liệu dễ gây cháy.

3. Cơ chế chống cháy cho gỗ

Sự cháy của gỗ bao gồm hàng loạt các biến đổi vật lý phc tạp các phản ng hoá học, do thành phn chủ yếu ca gỗ đưc hình thành bởi 3 dng cao phân tử tự nhiên: cellulose, hemicelullose lignin, phc hợp thể hu cấu thành, quá trình phân giải, cháy của 3 thành phần này cũng không giống nhau, làm cho việc nghiên cu sự chng cháy thêm phc tạp.

Chất chống cháy dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nóng chy thành dng thể lỏng hoặc thể thu tinh, từ đó mà hình thành trên bề mặt gỗ một lớp màng che phủ ngăn cách nhiệt, hoặc tạo thành một lớp bọt xốp cũng như trên sẽ tác dụng cản trở sự cháy, làm ngăn cách sự trao đi ng lượng ca bề mặt gỗ với môi trường xung quanh, cũng chính cắt đt nguồn cung cấp oxy, c chế sự sản sinh thể khí, hiệu quả làm chm quá trình cháy và phân giải của gỗ.

Do chất chống cháy làm tăng nhanh sự dn nhiệt cho gỗ, làm cho bề mt gỗ nhanh chóng được tản nhiệt, làm chm quá trình tăng nhiệt độ bề mt gỗ mà đa s các chất chống cháy, khi phân giải lại hấp thụ nhiệt rất ln mới xy ra phản ng. Chất chống cháy khi cháy hình thành mt lớp than hoá tính dẫn nhiệt kém. Chất chống cháy trong g đóng vai trò tản nhit, hút nhiệt cách nhiệt, hiệu quả c chế không cho gỗ đạt đến nhit độ cháy.

Chất chống cháy (đa phần thuộc nhóm halogen) dưới nhiệt độ phân giải có thể sản sinh ra các gốc ion hoạt động mạnh, các ion này có thể nhanh chóng chiếm đoạt các gốc sinh ra trong quá trình cháy gỗ tác dụng với nó mà hình thành chất không cháy, từ đó mà dập tắt phản ứng cháy của gỗ, ức chế sự cháy.

Lý luận về chống cháy hóa học còn được gọi là lý luận giảm lượng than (giảm lượng sinh khí). Chất chống cháy thúc đẩy quá trình phân giải gỗ làm cho lượng cacbon tăng lên đồng thời giảm các chất dễ cháy (thể khí, dầu gỗ) mà hình thành một lớp than trên bề mặt bảo vệ có tính dẫn nhiệt kém, từ đó mà ức chế được ngọn lửa cháy.

So sánh gỗ đã được xử lý chống cháy với gỗ nguyên, phản ứng nhiệt phân sẽ đến sớm, cũng chính là dưới nhiệt độ tương đối thấp mà vẫn phát sinh phân giải, do đó mà làm thay đổi con đường phản ứng nhiệt phân giải gỗ. Nghiên cứu của Browne và Tang chỉ rõ với chất chống cháy vô cơ khác nhau mà hiệu quả chống cháy càng tốt thì nhiệt độ phân giải của gỗ được xử lý càng thấp, tỷ lệ than thu được càng nhiều, dầu gỗ và các chất bay hơi tương ứng thu được cũng giảm xuống.

Chất chống cháy không chỉ thúc đẩy nhiệt phân giải gỗ, làm cho cacbon hình thành nhiều hơn và làm giảm các chất bay hơi, từ đó mà hiệu quả ức chế quá trình cháy, mà còn có sự tồn tại dung dịch chống cháy làm tăng phản ứng tụ hợp ở nhiệt độ cao giữa cacbon tồn dư với nhau, làm hình thành nhóm cacbua thơm mạch vòng có tính ổn định cao.

Ngoài ra còn có lý luận về giảm bớt nhiệt lượng của các chất bay hơi, lý luận về tác dụng liên hợp Nito – Photpho và lý luận về ức chế cháy om. Tóm lại cơ chế chống cháy phải là hiệu ứng tổng hợp của những lý luận đã được trình bày ở trên. Tương đối mà nói đa số tác giả đã tiếp thu lý luận về chống cháy hóa học.

 Sơ đồ cháy là quá trình vòng tròn khép kín, cho phép tác động của những nhân tố cháy riêng biệt, được ký hiệu bằng những số. Để ngăn ngừa sự cháy cho vật liệu cần phải phủ lên nó một lớp phủ , nhờ có lớp phủ bằng kim loại dát mỏng hoặc những lớp phủ bằng kim loại dát mỏng hoặc những lớp phủ khác ngăn chặn sự thâm nhập của Oxy và làm cho sản phẩm khí khó bay hơi, lớp cần phải đưa vào khoáng chất ƒ để làm giảm lượng cháy của chất nền có trong vật liệu tổ hợp. Hiệu quả của các chất chống cháy làm thay đổi cơ cấu quá trình nhiệt phân , giảm sản lượng sản phẩm cháy hoặc dập tắt ngọn lửa cháy. Trong đó, khối lượng nhiệt lượng trong quá trình tỏa nhiệt của sự Oxy hóa ở pha khí giảm xuống. Sự Cacbon hóa của bề mặt gây trở ngại cho quá trình nhiệt phân . Bản chất của những chất phòng cháy cũng là sự hấp thụ nhiệt lượng trong sự cháy và sự phân hủy của chất chống cháy.

 
 

 

 Trích từ Dự Án :
Nghiên cứu - Triển khai Công nghệ Sản Xuất Ván ghép Thanh Chậm Cháy Từ Gỗ Thông Và Cao Su

* Đơn Vị Thực Hiện : Công Ty CP Ván Ghép Năm Trung
* Chủ Nhiệm Dự Án : TS. Hoàng Thị Thanh Hương

Các tin khác