Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng (Acacia mangium Wild)

Hiện nay, tỷ lệ lợi dụng gỗ rừng trồng ở nước ta rất thấp, chỉ đạt khoảng 30%35% tổng toàn bộ sinh khối của cây gỗ. Trong cây gỗ, tỷ lệ vỏ cây chiếm khoảng 1015%, cành nhánh 2530%, rễ cây 1015%. Vỏ cây, tán cây, rễ, lá đều bị bỏ lại trong rừng, không được sử dụng nhiều trong công nghệ sản xuất ván sợi, ván dăm, chưa được sử dụng sản xuất các loại sản phẩm, vật liệu mới. Nghiên cứu sử dụng vỏ cây để tạo ván composite loại vật liệu mới đáp ứng một phần nhu cầu sử dụng vật liệu gỗ là vấn đề cần thiết, giúp nâng cao được hiệu quả sử dụng nguyên liệu gỗ, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và phát triển rừng bền vững mở ra xu hướng mới sử dụng hiệu quả vỏ cây trong ngành công nghiệp chế biến gỗ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, tỷ lệ lợi dụng gỗ rừng trồng ở nước ta rất thấp, chỉ đạt khoảng 35% tổng toàn bộ sinh khối của cây gỗ Trong cây gỗ, tỷ lệ vỏ cây chiếm khoảng 10-15%, cành nhánh - 25-30%, rễ cây - 10-15% Vỏ cây, tán cây, rễ, lá đều bị bỏ lạitrong rừng, không được sử dụng nhiều trong công nghệ sản xuất ván sợi, ván dăm,chưa được sử dụng sản xuất các loại sản phẩm, vật liệu mới Nghiên cứu sử dụng vỏcây để tạo ván composite - loại vật liệu mới - đáp ứng một phần nhu cầu sử dụngvật liệu gỗ là vấn đề cần thiết, giúp nâng cao được hiệu quả sử dụng nguyên liệu

30%-gỗ, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và phát triển rừng bền vững mở ra xu hướngmới sử dụng hiệu quả vỏ cây trong ngành công nghiệp chế biến gỗ Các loài Keo

(Acacia) có ưu điểm nổi trội về tốc độ sinh trưởng và phù hợp với nhiều vùng sinh

thái nên được trồng nhiều ở Việt Nam, diện tích rừng cây Keo chiếm khoảng 75%diện tích rừng trồng Khối lượng vỏ cây là phế liệu trong công nghiệp gỗ tương đốilớn Với mong muốn góp phần bổ sung luận cứ khoa học, giải pháp sử dụng hiệu

quả vỏ cây Keo tai tượng làm vật liệu, luận án “Nghiên cứu một số yếu tố công

nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng (Acacia mangium Wild)”được

thực hiện

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu về lý luận: (1) Xác định được mối quan hệ giữa các thông số

công nghệ (thời gian ép, nhiệt độ ép) với chất chất lượng ván composite vỏ cây Keotai tượng không sử dụng chất kết dính dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm,cách nhiệt); (2) Xác định được mối quan hệ của tỷ lệ kết cấu giữa dăm vỏ cây vàdăm gỗ và chất lượng ván composite có sử dụng chất kết dính dùng để làm vật liệuxây dựng (ván cách âm, cách nhiệt)

2.2 Mục tiêu kỹ thuật: (1) Xác định được các thông số công nghệ tạo ván

composite vỏ cây Keo tai tượng; (2) Xác định được tỷ lệ kết cấu giữa dăm vỏ cây vàdăm gỗ khi tạo ván composite; (3) Đề xuất một số thông số công nghệ tạo váncomposite từ vỏ cây Keo tai tượng đạt tiêu chuẩn dùng làm vật liệu xây dựng (váncách âm, cách nhiệt)

3 Đối tượng nghiên cứu: Vỏ cây Keo tai tượng 8 - 10 năm tuổi, được khai thác tại

Hòa Bình

4 Phạm vi nghiên cứu

Các yếu tố cố định: Nguyên liệu để tạo ra ván thí nghiệm gồm vỏ cây Keo

tai tượng 8 - 10 năm tuổi, và phế liệu trong sản xuất ván bóc Keo tai tượng, tại HòaBình; Chất kết dính: Keo UF (Urea- Formaldehyde), lượng keo 10% Sử dụngkhuôn ép để tạo ra ván kích thước (dài x rộng x dày): 400 x 400 x 16 mm; Khốilượng thể tích ván composite dự kiến: γ = 0,750g/cm3; Áp lực ép (P): 1,6 MPa

Các yếu tố thay đổi: Thay đổi các thông số chế độ ép (thời gian, nhiệt độ ép)

tạo ván composite vỏ cây trong trường hợp có và không sử dụng chất kết dính: + Thời gian ép (τ): Thay đổi ở 3 mức: τmin = 16 phút, τo = 18 phút, τmax = 20 phút + Nhiệt độ ép (T): Thay đổi ở 3 mức: Tmin = 160 oC, To = 180 oC, Tmax = 200 oC

Các yếu tố đầu ra: Tính chất cơ lý chủ yếu của ván composite vỏ cây: khối lượng

thể tích, độ trương nở chiều dày, độ hút nước, độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khichịu uốn tĩnh, độ bền kéo vuông góc với mặt ván

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận án về đặc điểm cấu tạo hiển vi, thành phần

hóa học, tính chất vật lý chủ yếu của vỏ cây là cơ sở khoa học cho việc sử dụng

hiệu quả vỏ cây trong công nghiệp chế biến gỗ Kết quả của luận án là cơ sở khoahọc cho các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ tạo composite từ vỏ cây, từ vỏ cây

và phế liệu gỗ

Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu tạo thử nghiệm vật liệu composite vỏ cây Keo tai

tượng có ý nghĩa thực tiễn lớn trong sử dụng hiệu quả, nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗrừng trồng và bảo vệ môi trường Kết quả của luận án là cơ sở kỹ thuật cho việc lựachọn thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây Keo tai tượng sử dụng trong xâydựng và nội thất làm vật liệu cách nhiệt, tiêu âm, là vật liệu xanh, thân thiện môitrường

6 Những đóng góp mới của luận án

Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu tạo ván composite từ vỏ cây Keo taitượng ở Việt Nam Xác định được cấu tạo hiên vi, tính chất vật lý, thành phần hóahọc của vỏ cây Keo tai tượng làm cơ sở cho việc sử dụng tạo ván composite vỏ cây.Xác định được mối quan hệ và giá trị các thông số công nghệ tạo ván composite vỏcây Keo tai tượng đáp ứng yêu cầu chất lượng của vật liệu xây dựng Xác định đượcmối quan hệ của tỷ lệ kết cấu ván composite và tỷ lệ phối trộn giữa dăm vỏ cây vớidăm gỗ ảnh hưởng đến chất lượng ván composite Xác định hệ số tiêu âm, khả năngcách nhiệt của vật liệu composite vỏ cây Keo tai tượng làm cơ sở cho sử dụng vậtliệu này làm vật liệu tiêu âm, vật liệu cách nhiệt

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về vật liệu composite

1.1.1 Khái niệm vật liệu composite: Vật liệu composite là tên gọi của loại vật liệu

được kết hợp từ hai hay nhiều vật liệu thành phần nhằm tạo ra loại vật liệu mới có tínhnăng khác với các vật liệu ban đầu khi ở riêng rẽ

1.1.2 Phân loại vật liệu composite: Vật liệu Polyme composite (PC) được phân loại

theo 2 cách dựa trên đặc điểm của 2 pha: Theo pha nền polyme: vật liệu PC nền nhựanhiệt rắn, vật liệu PC nền nhựa nhiệt dẻo; Theo pha gia cường: Chất gia cường dạngphân tán (bột); Chất gia cường dạng sợi ngắn hay vảy; Chất gia cường dạng sợi liêntục (sợi cacbon, sợi thủy tinh…); Độn không khí hay xốp; Hỗn hợp polyme - polyme

1.1.3 Các loại ván composite được tạo từ vỏ cây: Ván composite vỏ cây là một loại

sản phẩm ván nhân tạo, tương tự như ván dăm Ván compossite vỏ cây được làm từdăm vỏ cây có thể sử dụng hoặc không sử dụng bất kỳ loại nhựa tổng hợp nào để làmchất kết dính

1.1.3.1 Ván composite vỏ cây có sử dụng chất kết dính

1.1.3.2 Ván vỏ cây không sử dụng chất kết dính

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sử dụng vỏ cây làm vật liệu composite

1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước

Chow và Pickles (1971), Hengst và Dawson, Place và Maloney (1975),Demirbas (2005) đã nghiên cứu về hệ số truyền nhiệt, tỷ nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt[76] Burrows (1960), Chow (1972, 1975), Wellons và Krahmer (1973), Troughton(1997) đã kết luận khi ép ở nhiệt độ ≥ 1800C và áp suất có thể tạo ván vỏ cây không

sử dụng chất kết dính trên cơ sở làm dẻo lignin của vỏ cây và sự chuyển hóa củacác chất chiết xuất đóng vai trò là chất kết dính tạo liên kết dán dính trong ván vỏcây [54], [55], [84] Roger Pedieu, Bernard Riedl, André Pichette (2008) đã nghiêncứu tỷ lệ kết cấu dăm vỏ cây Bạch Dương với dăm gỗ, dăm vỏ cây lớp ngoài (35,

40, 45)% sử dụng chất kết dính keo (UF 11%), dăm gỗ lớp trong (65, 60, 55)% sử

tích ván 0,75 (g/cm3), nhiệt độ ép 1800C, áp lực ép 180 KPa Công trình nghiên cứuđã chỉ ra rằng ván có tỷ lệ kết cấu: dăm vỏ cây/dăm gỗ/dăm vỏ cây=(20/60/20)%cho tính chất cơ lý tốt nhất [80] Kết quả nghiên cứu của phòng thí nghiệm lâm sản

Mỹ (1971) cho thấy thành phần hóa học của vỏ cây khác với gỗ đối với cả gỗ lá kim

và gỗ lá rộng Trong vỏ cây gỗ lá rộng, lignin chiếm từ 40-50%, polysaccharides 45%, chất chiết xuất 5-10%, chất vô cơ đến 20% Fengel và Wegener (1983) chỉ rarằng, so với gỗ, vỏ cây có độ trương nở, tính dị hướng thấp hơn, nhưng khả năngcách nhiệt và cách âm lại cao hơn [60] Gireesh Kumar Gupta (2009) đã nghiên cứutạo ván vỏ cây với chiều dày dự kiến là 6,25mm và khối lượng riêng biểu kiến từ 0,8đến 1g/cm3, nhiệt độ ép thay đổi từ 1700C đến 300oC Kết quả cho thấy ở nhiệt độcao hơn 230oC, bề mặt ván bị cháy vì đã làm suy giảm các thành phần hóa học vỏcây, làm ảnh hưởng xấu đến các tính chất ván Roger Pedieu, Bernard Riedl, AndréPichette (2008) đã nghiên cứu sử dụng vỏ cây Bạch dương làm ván dăm 3 lớp: lớptrong là dăm gỗ, 2 lớp ngoài là dăm vỏ cây, kết quả cho thấy ván tạo ra đạt được tínhchất tốt như độ kỵ nước, cách âm và cách nhiệt [51] Chow (1975) đã chỉ ra rằng cácchất phenolic trong vỏ cây Linh sam Douglas và Linh sam đỏ có thể được trùng hợp

32-ở nhiệt độ cao Trên cơ s32-ở nghiên cứu làm mềm nhiệt, việc làm mềm nhiệt của gỗ và

vỏ cây Ở nhiệt độ dưới 1800C gỗ và vỏ cây bị hóa dẻo Hiệu ứng dẻo hóa này là rấtquan trọng trong việc thiết lập thông số chế độ ép ván Phản ứng nhiệt của vỏ cây ởnhiệt độ lớn hơn 1800C là sự trùng hợp và suy thoái một phần các thành phần vỏ cây.Các phản ứng nhiệt học này quan trọng trong sản xuất ván composite vỏ cây [55]

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Trần Vĩnh Diệu và cộng sự (2003) đã nghiên cứu tạo composite trên cơ sở PPgia cường bằng sợi đay Vật liệu được chế tạo bằng cách xếp các lớp màng PP-MAPP và sợi đay theo thiết kế rồi ép trên máy ép thủy lực (ép phẳng trong khuônkín) dưới áp suất 7MPa trong 50 phút [14] Triệu Văn Hải (2016) đã nghiên cứu một

số yếu tố ảnh hưởng của công nghệ tạo vật liệu composite từ vỏ cây và nhựapolyethylene Tác giả đã nghiên cứu đặc điểm vỏ cây Keo tai tượng: Độ dày vỏ trungbình 1,1 cm; tỷ lệ vỏ cây chiếm 6,03% thể tích thân gỗ; Đường kính sợi vỏ cây: 19,7

µm đến 21,1 µm; Chiều dài sợi biến động trong khoảng 1.056 µm đến 1.107 µm vàtạo vật liệu composite từ vỏ cây Keo tai tượng và nhựa dẻo HDPE (WPC) [24]

1.3 Kết luận phần tổng quan vấn đề nghiên cứu

Có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về ván composite vỏ cây cóhoặc không sử dụng chất kết dính Các nghiên cứu khác nhau đã khẳng định tínhkhả thi của việc sử dụng toàn bộ hoặc một phần vỏ cây làm nguyên liệu sản xuấtván composite Hầu hết các ván composite vỏ cây có các tính chất cơ học và vật lýthấp đến trung bình và điều này có thể được cải thiện trong nghiên cứu tiếp theo ỞViệt Nam, các công trình nghiên cứu về sử dụng vỏ cây nói chung và vỏ cây Keotai tượng nói riêng chưa nhiều, bước đầu đã nghiên cứu về vật liệu composite; một

số yếu tố ảnh hưởng của công nghệ tạo vật liệu composite từ vỏ cây và nhựapolyethylene Nghiên cứu tạo ra các loại vật liệu composite vỏ cây có khả năngcách âm, cách nhiệt tốt dùng trong đồ mộc và xây dựng chưa có

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vỏ cây

2.1.1 Giới thiệu chung về vỏ cây: Vỏ cây có tác dụng bảo vệ thân cây, dự trữ chất

dinh dưỡng, chiều dày vỏ cây sẽ tăng lên theo tuổi cây Tỷ lệ vỏ cây so với thân câyphụ thuộc vào loài cây, tuổi cây và điều kiện sinh trưởng Thông thường, lượng vỏ

của thân cây dao động từ 6-15% tùy theo loài và điều kiện sinh trưởng Tỉ lệ vỏ câycao nhất ở phần cành và ngọn, chiếm khoảng 20-35% [21], [24], [56].

2.1.2 Cấu tạo của vỏ cây: Vỏ cây là lớp ngoài cùng của thân cây Từ ngoài

vào vỏ chia làm 4 phần: biểu bì, thụ bì, vòng hậu mô (lớp nhu mô vỏ) và phần libe

Vỏ cây có cấu tạo khác so với gỗ Vỏ cây có thành phần không đồng nhất, có cấutạo từ hai lớp khác nhau: lớp bên trong và lớp ngoài vỏ cây

2.1.3 Thành phần hóa học của vỏ cây: Vỏ cây có khác biệt nhiều về thành phần

hóa học so với gỗ

Bảng 2.1 Thành phần hóa học cơ bản của gỗ, vỏ cây gỗ lá kim và gỗ lá rộng (tạp chí nghiên cứu lâm nghiệp số 091, phòng nghiên cứu lâm sản, USA 1971) Thành phần GỗGỗ lá rộngVỏ cây GỗGỗ lá kimVỏ cây

Hàm lượng tro % 0.2-0.6 <20 0.2-0.6 <20

Hàm lượng tro của vỏ cây: Hàm lượng tro của vỏ cây cao hơn nhiều so với chính

loại gỗ đó nhưng nó có sự khác biệt lớn giữa vỏ của các loài khác nhau

Chất chiết xuất trong vỏ cây: Hàm lượng chất chiết từ vỏ cây cao hơn nhiều lần so

với gỗ tương ứng (Monsalud và Nicolas, 1958) Vỏ của các loài cây khác nhau cóhàm lượng chất chiết xuất rất khác nhau

2.1.4 Tính chất nhiệt học của vỏ cây: Dưới tác động của nhiệt độ cao, có thể xảy

ra thay đổi cấu trúc hóa học của vỏ cây Ở nhiệt độ ≤170 oC, sự thay đổi về cấu trúchóa học có thể chỉ là sự giảm về độ bền và giảm khối lượng nước ở mức thấp Khinhiệt độ ≥230 oC), dầu nhựa bay hơi, có thể gây ra sự thay đổi đáng kể về mặt hóahọc dẫn đến sự giảm độ bền và khối lượng Carbonhydrate giảm đáng kể

2.1.5 Ảnh hưởng vỏ cây trong sản xuất ván nhân tạo: Do cấu tạo và tính chất của

vỏ cây hoàn toàn khác phần gỗ, trong sản xuất ván dán, ván MDF, ván dăm…vỏcây ít được sử dụng Hàm lượng vỏ tăng lên, cường độ và tính chịu nước của vángiảm xuống, đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng ngoại quan của ván

2.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ tạo ván đến chất lượng ván vỏ cây

+)Ảnh hưởng của khối lượng thể tích: Khối lượng thể tích của nguyên liệu ảnh

hưởng lớn tới quá trình sản xuất và tính chất sản phẩm; +) Ảnh hưởng của độ ẩm

nguyên liệu: Độ ẩm nguyên liệu ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất và tính chất của

ván;+) Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước dăm: Hình dạng và kích thước dăm

có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ cơ học, tính ổn định kích thước, tính năng bề

mặt,tính năng gia công cơ giới; +)Ảnh hưởng của chất kết dính: Chất kết dính có

nhiều loại, mỗi loại chất kết dính có cường độ dán dính khác nhau Trong thực tế sảnxuất, tỉ lệ sử dụng chất kết dính cho lớp lõi không vượt quá 8% và lớp mặt từ 12 - 15%

2.3 Ảnh hưởng của thông số công nghệ ép

+) Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ gia nhiệt là nhân tố chủ yếu trong quá trình

ép nhiệt, nhờ nhiệt độ mà keo đóng rắn nhanh hơn Nhiệt độ có tác dụng tăng tính

dẻo của gỗ, dăm gỗ và tăng khả năng nén ép; +) Ảnh hưởng của thời gian ép: Thời

gian ép hợp lý là thời gian để keo đa tụ và đóng rắn hợp lý; +) Ảnh hưởng của áp lực ép: Áp lực ép càng lớn tạo ra diện tích tiếp xúc giữa các dăm càng lớn Áp lực

ép tăng làm tăng khả năng tiếp xúc giữa các phần tử dăm, tăng khối lượng thể tíchván, tăng cường độ chịu lực của ván

Chương 3 NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu đặc điểm vỏ cây Keo tai tượng

1.1 Xác định đặc điểm cấu tạo vỏ cây Keo tai tượng

1.2 Xác định thành phần hóa học vỏ cây Keo tai tượng

1.3 Xác định tính chất vật lý vỏ cây Keo tai tượng

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ câykhông sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ câytheo tỷ lệ kết cấu ván có sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây

4 Nghiên cứu khả năng cách âm, cách nhiệt của ván composite vỏ cây trong trườnghợp có và không sử dụng chất kết dính

4.1 Nghiên cứu xác định khả năng tiêu âm ván composite vỏ cây Keo tai tượng

4.1.1 Ảnh hưởng của chế độ ép nhiệt đến hệ số tiêu âm của ván composite vỏ câykhông sử dụng chất kết dính

4.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến hệ số tiêu âm của ván composite vỏ cây sửdụng chất kết dính

4.2 Nghiên cứu xác định khả năng cách nhiệt ván composite vỏ cây Keo tai tượng

4.2.1 Ảnh hưởng của chế độ ép nhiệt đến hệ số dẫn nhiệt của ván composite vỏ câykhông sử dụng chất kết dính

4.2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến hệ số dẫn nhiệt của ván composite vỏ cây sửdụng chất kết dính

5 Đề xuất một số thông số công nghệ tạo ván composite từ vỏ cây Keo tai tượngđạt tiêu chuẩn dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt)

5.1 Phân tích, đánh giá chất lượng của ván composite vỏ cây có và không sử dụng chất kết dính.

5.2 Đề xuất một số thông số công nghệ tạo ván composite từ vỏ cây Keo tai tượng đạt tiêu chuẩn dùng làm vật liệu xây dựng (ván cách âm, cách nhiệt).

3.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

về công nghệ tạo ván composite vỏ cây

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, thành phần hóa học, tính chất

vỏ cây Keo tai tượng (phương pháp nghiên cứu nội dung 1): Sử dụng phương

pháp cấu tạo giải phẫu thực vật để xác định đặc điểm cấu tạo vỏ cây Tạo tiêu bảnhiển vi vỏ cây gỗ Keo tai tượng và mô tả đặc điểm cấu tạo

(1) Phương pháp lấy mẫu: Mẫu được chuẩn bị từ 3 cây, sinh trưởng bình thường,

không bị cụt ngọn, không bị sâu bệnh Chia thân cây thành các khúc có chiều dài1,0 m, đánh số thứ tự khúc (khúc 1 là khúc gốc) Cắt từ các khúc (phía đầu gốc)một vòng vỏ cây kích thước 6 cm, mỗi vòng chia làm 2 phần: một phần để xác địnhcấu tạo, thành phần hóa học, một phần dùng để xác định tính chất vật lý

(2) Phương pháp tạo tiêu bản hiển vi và phân ly sợi : (+) Tạo tiêu bản hiển vi:

Mẫu vỏ cây được đem ngâm trong nước cho đến khi mềm Sau đó, dùng dao sắc cắt

từ mẫu các lát mỏng 15-20μm và nguyên vẹn, không bị rách Ngâm các lát cắt lầnlượt trong các dung dịch alcol với nồng độ tăng dần, thời gian ngâm các lát cắttrong mỗi dung dịch ít nhất là 5 phút Sau đó, các lát cắt được ngâm trong dungdịch saframin trong 24 giờ Tiếp đến, rửa các lát cắt bằng alcol để loại bỏ safranin

dư thừa và ngâm trong xylen để tiêu bản sáng đẹp; (+) Phân ly sợi: Tạo các mẫu vỏcây có kích thước như que diêm, ngâm các mẫu này vào dung dịch được tạo nên từaxit axetic và oxy già trong thời gian 2-3 ngày, lắc cho các tế bào sợi vỏ cây tách rờinhau Đưa các sợi vỏ cây lên lam kính, dàn trải chúng và tiến hành xác định kíchthước sợi trên kính hiển vi điện tử nhờ phần mềm “ Optica Visison 3.3”

(3) Phương pháp xác định thành phần hóa học của vỏ cây: Vỏ cây đã được

hong phơi được chẻ thành các miếng mỏng, và cho vào máy nghiền, nghiền để dăm

vỏ cây có thể qua được lỗ sàng 0,5mm Sàng lấy phần mẫu đi qua lỗ sàng 0,5 mmnhưng không qua lỗ sàng 0,25 mm (mẫu có đường kính từ 0,25mm đến 0,5 mm)

Độ ẩm dăm vỏ cây dùng để xác định thành phần hóa học được xác định theophương pháp cân sấy Hàm lượng xenlulo được xác định dựa theo tiêu chuẩn TAPPI T

17wd-70; Hàm lượng lignin được xác định theo tiêu chuẩn TAPPI T222 om - 98;

Hàm lượng pentozan - theo tiêu chuẩn TAPPI T223 cm - 84; Hàm lượng tro - tiêuchuẩn TAPPI T 211 om-93; Hàm lượng các chất hòa tan trong nước lạnh - tiêu chuẩnTAPPI T207 cm -99; Hàm lượng các chất hòa tan trong nước nóng - tiêu chuẩnTAPPI T207 cm -99

Xác định độ pH: Vỏ cây Keo tai tượng được tạo thành mẫu có kích thước10x10x50mm, sau đó được nghiền nhờ máy nghiền nguyên liệu sợi, sử dụng sàng

40 mắt, lấy dăm vỏ cây qua sàng loại này để xác định độ pH

(4) Phương pháp xác định tính chất vật lý chủ yếu của vỏ cây: Xác định

khối lượng thể tích, tỷ lệ co rút, tỷ lệ dãn nở, độ hút nước của vỏ cây dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam xác định các tính chất này của gỗ: Khối lượng thể tích -TCVN 8048-2:2009; tỷ lệ co rút - TCVN 8046-14:2009; tỷ lệ dãn nở -TCVN 8048-

15:2009

3.2.3 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây đến tính chất ván composite vỏ cây (Phương pháp nghiên cứu các nội dung 2 và 3)

- Xác định khối lượng thể tích của ván: Khối lượng thể tích của ván composite

được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7756-4:2007 Ván gỗ nhân tạo - Phương pháp thử - Phần 4: Xác định khối lượng thể tích Kích thước mẫu: a x b x t

= 50 x 50 x t (mm) Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/1 loại ván

- Xác định độ trương nở chiều dày: Xác định độ trương nở chiều dày theo tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 7756-5:2007 Ván gỗ nhân tạo - Phương pháp thử - Phần 5:Xác định độ trương nở chiều dày sau khi ngâm trong nước Kích thước mẫu: a x b x

t = 50 x 50 x t (mm) Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/1 loại ván

- Xác định độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khi chịu uốn tĩnh: Xác định độ bền

uỗn tĩnh và mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh theo tiêu chuẩn TCVN 7756-6:2007 Ván gỗnhân tạo - Phương pháp thử - Phần 6: Xác định độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khiuốn tĩnh Kích thước mẫu: L x b x t = 22t x 50 x t (mm) Số lượng mẫu thử: 12mẫu/loại ván

- Xác định độ bền kéo vuông góc bề mặt ván : Độ bền kéo vuông góc với mặt ván

được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7756-7:2007 Ván gỗ nhân tạo - Phương phápthử - Phần 7: Xác định độ bền kéo vuông góc với mặt ván Kích thước mẫu: 50 x

50 x t (mm) Số lượng mẫu thử: 12 mẫu/loại ván

Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phương pháp thống kê toán học

3.2.4 Phương pháp xác định khả năng cách âm, cách nhiệt của ván composite

vỏ cây (Phương pháp nghiên cứu nội dung 4)

Xác định khả năng cách âm bằng hệ số tiêu âm: Xác định hệ số tiêu âm bằng

phương pháp sử dụng ống tiêu âm theo tiêu chuẩn ASTM C 385-58; Mẫu xác định

hệ số tiêu âm có kích thước (dài x rộng x dày): 150 x 150 x 16 mm Số lượng mẫu: 5mẫu/sản phẩm

Xác định khả năng cách nhiệt bằng hệ số dẫn nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt được xác

định theo Tiêu chuẩn D5334-004 Phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt Mẫu xácđịnh hệ số dẫn nhiệt có kích thước (dài x rộng x dày):150 x 100 x 16 mm Số lượngmẫu: 5 mẫu/sảnphẩm

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu đặc điểm vỏ cây Keo tai tượng

4.1.1 Xác định đặc điểm cấu tạo vỏ cây Keo tai tượng: Vỏ cây Keo tai tượng

8- 10 tuổi được khai thác tại Hòa Bình được tiến hành phân tích giải phẫu tại Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng Hình ảnh cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng được đưa ra ở các hình 4.1 ÷ 4.3

Vỏ cây được phân thành hai phần: biểu bì, libe Các thành phần cấu tạo nên

vỏ cây ở phần libe gồm mạch rây, tế bào đi kèm mạch rây, sợi libe, tế bào mô mềmlibe, tia libe; ở phần biểu bì có tế bào phủ, tế bào chứa tinh thể Các tế bào mạchrây nằm trong phần libe, tế bào này nối tiếp tế bào khác thành ống dài theo chiều

Hình 4.2 Cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng trên mặt cắt ngang

Hình 4.1 Cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng trên mặt cắt ngang

Tế bào chứa tinh thể

Mạch rây Tia gỗ

Tế bào mô mềm libe

Sợi libe (Bó)

dọc thân cây, chúng có vách xenlulo mỏng Màng ngăn giữa các tế bào (bản thủnglỗ) trong mạch rây có nhiều các lỗ nhỏ, có dạng như mắt sàng (rây) Mạch rây cóđường kính khoảng 20 - 30µm, chiều dài một tế bào khoảng 0,2 - 0,7mm Sợi libegiống sợi gỗ, sợi libe có vách hóa gỗ cao và rất dày nên trên mặt cắt ngang ruột tếbào sợi libe chỉ nhìn thấy dưới dạng điểm chấm (rất nhỏ), lỗ thông ngang trên váchsợi libe là lỗ thông ngang đơn Sợi libe có chiều dày 0,03 - 0,25mm; chiều dài0,875 - 1,225mm.

Kích thước sợi vỏ cây Keo tai tượng: Kết quả đo kích thước của sợi vỏ cây với số

lần đo là 166 được trình bày ở phụ lục 1a, 1b, 1c và được tổng hợp ở bảng 4.1, hình4.11 Chiều dài sợi vỏ cây từ 690,31 µm đến 1634,73 µm, đường kính sợi từ 13,32

µm đến 35,91 µm

Nhận xét: Chiều dài sợi vỏ cây Keo tai tượng dao động từ 690,31 m đến 1634,73

m Chiều rộng sợi vỏ cây Keo tai tượng dao động từ 13,32 m đến 35,91 m.Theo phân loại giải phẫu quốc tế IAWA, kích thước sợi vỏ cây ở mức trung bình

Hình 4.11 Sợi vỏ cây Keo tai tượng (x100)

Hình 4.3 Cấu tạo hiển vi của vỏ cây Keo tai tượng ở mặt cắt xuyên tâm

Mạch rây

Tế bào mô mềm Libe

Tia Libe

4.1.2 Xác định thành phần hóa học vỏ cây Keo tai tượng: Kết quả xác định thành

phần hóa học chủ yếu của vỏ cây Keo tai tượng được tổng hợp ở bảng 4.2

Bảng 4.2 Thành phần hóa học của vỏ cây Keo tai tượng

TT Thành phần hóa học, độ pH Trị số TT Thành phần hóa học, độ pH Trị số

1 Xenlulo, % 26,95 5 Chất tan trong nước nóng, % 16,41

2 Lignin, % 24,07 6 Chất tan trong nước lạnh, % 11,85

3 Pentozan, % 11,30 7 Chất tan trong cồn, % 10,37

Nhận xét: Hàm lượng xenlulô của vỏ cây Keo tai tượng tương đối thấp chỉ đạt giá

trị 26,95%, hàm lượng pentozan 11,30%, hàm lượng lignin 24,07% ở mức trungbình Hàm lượng tro của vỏ cây Keo tai tượng tương đối cao đạt 2,87% nên gâykhó khăn nhất định đến quá trình chế biến Hàm lượng chất chiết xuất của vỏ câyrất cao: Hàm lượng chất tan trong nước nóng 16,41%, hàm lượng chất tan trongnước lạnh 11,85%, hàm lượng chất tan trong dung môi cồn đạt 10,37% Độ pH của

vỏ cây Keo tai tượng bằng 7,50 ở mức tương đối cao, do vậy khi sử dụng chất kếtdính để sản xuất vật liệu từ vỏ cây cần phải điều chỉnh các thông số công nghệ chophù hợp

4.1.3 Xác định tính chất vật lý vỏ cây Keo tai tượng: Kết quả xác định khối lượng

thể tích vỏ cây, tỷ lệ co rút, tỷ lệ dãn nở, độ hút nước được đưa ra ở bảng 4.3; bảng4.4

Bảng 4.3 Khối lượng thể tích của vỏ cây Keo tai tượng ở trạng thái khô kiệt

Chỉ tiêu thống kê Ký hiệu Giá trị

Bảng 4.4 Tính chất vật lý của vỏ cây gỗ Keo tai tượng

h.nướcsau 20ngày %

Độh.nướcsau 30ngày,

Giá trị lớn nhất Xmax 149,66 16,12 1,67 16,96 1,63 107,98 131,79 10,99

Kết quả xác định tỷ lệ phần libe so với toàn bộ phần vỏ được tổng hợp ở bảng 4.5

Bảng 4.5 Tỷ lệ phần libe so với toàn bộ vỏ cây Keo tai tượng Chỉ tiêu thống kê Ký hiệu Chiều dày Tỷ lệ libe/vỏ cây, % Khối lượng

Nhận xét: Vỏ cây Keo tai tượng 8-10 tuổi được khai thác tại Hòa Bình có

khối lượng thể tích 0,722 g/cm3 ở độ ẩm 0%, đạt giá trị ở mức trung bình, tuy nhiên

độ biến động về khối lượng thể tích là tương đối cao, mức dao động từ 0,589 g/cm3đến 0,919 g/cm3 Tỷ lệ co rút theo chiều xuyên tâm của vỏ cây tương đối cao -10,49%, tỷ lệ dãn nở đạt giá trị trung bình- 9,48% Độ hút nước của vỏ cây thấpdao động trong khoảng 91,28% -131,79% Trong điều kiện lưu giữ trong phòng ởnhiệt độ khoảng 200C, độ ẩm tương đối của không khí 63-68% độ ẩm thăng bằngcủa vỏ cây khoảng 7,35%, trị số này thấp hơn độ ẩm thăng bằng của gỗ lưu giữtrong cùng điều kiện (độ ẩm thăng bằng của gỗ khoảng 11,5- 13%) Như vậy trongđiều kiện bình thường vỏ cây có độ hút ẩm thấp hơn gỗ tự nhiên, điều này có ý nghĩalớn trong việc sử dụng vỏ cây làm vật liệu Tỷ lệ libe so với vỏ cây trung bình là49,75% và dao động tương đối lớn trong khoảng 15,11% đến 92,74%

4.2.

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tạo ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính đến tính chất ván composite vỏ cây

Mô tả thực nghiệm: Vỏ cây Keo tai tượng 8 - 10 tuổi, được khai thác tại Hòa Bình.

Vỏ cây được được cắt ngắn khoảng 3-5 cm, được sấy trong lò sấy Độ ẩm vỏ câytrước khi sấy =60 - 80%; sau khi sấy = 15 - 20%; nhiệt độ sấy: 60 - 800C;thời gian sấy: 1 ngày Sau khi sấy vỏ cây được nghiền bằng máy nghiền dăm trênmáy BX 444 tại trường Đại học Lâm nghiệp Sau đó tiến hành sàng dăm để thuđược dăm công nghệ Dăm thu được ở dạng dăm nhỏ: chiều dày: khoảng 0,25 mm;chiều rộng: khoảng 0,25 mm; chiều dài: 3-6 mm Ép ván vỏ cây trên máy ép nhiệtScientific tại Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp ViệtNam Biểu đồ ép ván composite vỏ cây được đưa ra ở hình 4.13

Hình 4.13 Biểu đồ ép ván composite vỏ cây

Đường cong ép nhiệt chia làm 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: Khi nhiệt độ mặt bàn

ép đạt T0ép = 1600C, 1800C, 2000C, áp suất ép P1 = 1,6 MPa, thời gian T1 = 2 phút;Giai đoạn 2: Duy trì nhiệt độ T0 ép và áp suất ép P1 thời gian T2 = 12 phút, 14 phút,

16 phút; Giai đoạn 3: T0 ép vẫn giữ nguyên, giảm áp suất ép lần thứ nhất P2 = 0,8MPa duy trì nhiệt độ T0 ép và áp suất ép P2 thời gian T3 = 1,85 phút; Giai đoạn 4:Giảm áp lực ép từ từ đến khi áp lực ép P = 0 MPa Thời gian T4 = 0,15 phút

4.2.1 Ảnh hưởng của chế độ ép đến khối lượng thể tích của ván composite vỏ cây

Khối lượng thể tích (KLTT) của ván ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ vật lýcủa ván Kiểm tra khối lượng thể tích ván so với thông số thiết kế sản phẩm, đồngthời có cơ sở so sánh khối lượng thể tích giữa các loại ván ở thông số chế độ épkhác nhau, KLTT ván composite vỏ cây Keo tai tượng trung bình 0,751 g/cm3.Thông số chế độ ép (thời gian, nhiệt độ ép) hầu như không ảnh hưởng đến KLTTcủa ván composite vỏ cây KLTT của ván thí nghiệm hoàn toàn chính xác vớiKLTT ván dự kiến là 0,750 g/cm3

4.2.2 Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây

Kết quả kiểm tra độ trương nở chiều dày của ván theo các chế độ ép được ghitrong bảng 4.7

Bảng 4.7 Độ trương nở chiều dày của ván sau 24 h theo các

Hình 4.14 Ảnh hưởng của chế dộ ép nhiệt (thời gian ép, nhiệt độ ép) đến độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây không sử dụng chất kết dính

Với thời gian ép và nhiệt độ ép khác nhau độ trương nở dày của ván khác nhau.Khi nhiệt độ ép tăng từ 1600C đến 1800C, độ trương nở chiều dày của váncomposite vỏ cây giảm, điều này là do khi nhiệt độ ép tăng, tính dẻo của dăm vỏcây được nâng cao, giữa dăm vỏ cây và lignin hình thành liên kết chặt chẽ Khinhiệt độ tăng từ 1800C đến 2000C độ trương nở chiều dày của ván composite có xuhướng tăng lên, khi ép ván ở nhiệt độ 2000C bề mặt ván có hiện tượng bị cháy vì đãlàm suy giảm các thành phần hóa học vỏ cây, liên kết sẽ kém bền, ảnh hưởng xấuđến các tính chất ván dăm vỏ cây dẫn đến độ trương nở chiều dày của ván tăng lên,

Độ trương nở chiều dày của ván composite vỏ cây ép trong thời gian ép 18 phút,nhiệt độ ép 1800C có giá trị thấp nhất: 21,74 %

4.2.3 Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ hút nước của ván composite vỏ cây

Kết quả xác định độ hút nước của ván theo các chế độ ép được ghi trong bảng 4.8

Bảng 4.8 Độ hút nước của ván sau 24 h theo các chế độ ép khác nhau

No τ (phút) T (oC) sau 24 h (%)Độ hút nước Độ lệchchuẩn trung bình cộngSai số của

(±)

Hệ sốbiến động

Khi nhiệt độ ép tăng từ 160oC đến 180oC độ hút nước của ván giảm, khi nhiệt

độ ép tăng từ 180oC đến 200oC độ hút nước tăng Thời gian ép cũng ảnh hưởng theo

xu hướng tương tự nhiệt độ Khi ép ở nhiệt độ 180oC trong 18 phút sẽ thu được ván

có độ hút nước thấp nhất: 39,30%

4.2.4 Ảnh hưởng của chế độ ép đến độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây

Kết quả kiểm tra độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây theo chế độ ép khácnhau được ghi ở bảng 4.9

Bảng 4.9 Độ bền uốn tĩnh của ván composite vỏ cây ở các chế

độ ép khác nhau

No τ (phút) T (oC) (MPa)MOR Độ lệchchuẩn Sai số của trungbình cộng (±) biến độngHệ số