Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm dùng trong xây dựng cơ bản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LẠI VĂN NGỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU RƠM DÙNG TRONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LẠI VĂN NGỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU

RƠM DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LẠI VĂN NGỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ ÉP HỢP LÝ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU RƠM

DÙNG TRONG XÂY DỰNG CƠ BẢN

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy

Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Thiết

HÀ NỘI 2010

LỜI CÁM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Phó giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Văn Thiết, người thầy đã hướng dẫn tôi trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo Khoa Sau Đại học, lãnh đạo Khoa Chế biến Lâm sản đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học lâm nghiệp

Tôi xin cảm ơn các cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm thực hành, trung tâm Công nghiệp rừng và sinh viên Khoa Chế biến Lâm sản đã trợ giúp thời gian và công sức, có vậy tôi mới hoàn thành tốt công việc nghiên cứu của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề chế biến gỗ

đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học và làm luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè, gia đình và người thân đã luôn giành tình yêu, sự động viên và ủng hộ trong suốt thời gian tôi học tập và làm nghiên cứu tại Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam

Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2010

2.1.1 Điều tra cơ bản tìm hiểu về nguyên liệu rơm 17 2.1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất hóa học của cây lúa 17 2.1.1.2 Tìm hiểu một số đặc điểm cơ, lý cơ bản của rơm rạ 18

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm 25

2.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ 29 2.3.4 Tác dụng của ép nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng 32

3.1.5 Sản xuất ván và kiểm tra chất lượng 60

3.2.2 Biến động của các yếu tố tham gia khảo sát 70

Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 72

4.2 Kiểm tra độ trương nở chiều dày ván 75 4.3 Kiểm tra cường dộ uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh

ĐẶT VẤN ĐỀ

Từ rất lâu con người đã sử dụng các sản phẩm từ gỗ vào công việc và đời sống của mình Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhu cầu con người ngày càng cao, đòi hỏi các sản phẩm từ gỗ ngày càng đa dạng và phong phú Tuy nhiên, đứng trước thực trạng gỗ rừng tự nhiên ngày càng khan hiếm, thay thế vào đó là gỗ mọc nhanh rừng trồng, trong khi đó, gỗ rừng trồng lại không đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của con người do đặc tính của gỗ rừng trồng kém gỗ tự nhiên Trữ lượng gỗ rừng trồng lại rất hạn chế Do vậy đòi hỏi các nhà nghiên cứu về Chế biến Lâm sản phải tìm ra các loại nguyên liệu khác ngoài gỗ để thay thế cho gỗ mà giá thành không cao Việc nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ các nguyên liệu ngoài gỗ như thân cây dừa, thân cây đay, rơm, trấu, cây họ tre trúc, có ý nghĩa rất lớn trước thực trạng khan hiếm gỗ hiện nay Trong các loại nguyên liệu đó thì rơm, rạ hiện nay đã được các nhà nghiên cứu quan tâm do tính chất ưu việt của nó như: là loại cây mọc nhanh, trữ lượng lớn,

dễ gia công,

Rơm rạ là phế thứ liệu của quá trình sản xuất lúa gạo Đây là nguồn phế liệu lớn cần được quan tâm nghiên cứu sử dụng Để sử dụng rơm, rạ sản xuất ván dăm thì việc nghiên cứu công nghệ sản xuất ván, nhất là chế độ ép có ý nghĩa rất quan trọng vì nhiệt độ ép, áp suất ép, thời gian ép, là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của ván trong quá trình ép Trong quá trình hình thành ván thì nhiệt độ giúp mềm hóa dăm, tăng khả năng tiếp xúc dăm-dăm, tạo điều kiện để keo đóng rắn nhanh và triệt để, dẫn đến cường độ của mối dán tốt hơn Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm cacbon hóa bề mặt dán, làm cho keo lớp giữa chưa kịp đóng rắn, gây ra hiện tượng phân lớp, dẫn đến bề mặt ván xấu, cường

độ ván giảm Nếu nhiệt độ ép quá thấp thì sẽ kéo dài thời gian đóng rắn của keo, khả năng mềm hóa dăm thấp làm cho mối liên kết dăm-dăm kém, làm giảm khả năng dán dính của màng keo Cùng với nhiệt độ thì thời gian ép cũng ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của ván dăm Nếu thời gian ép quá dài sẽ làm cháy bề mặt

ván, Nếu thời gian ép quá ngắn thì keo chưa kịp đóng rắn, dăm chưa được mềm hóa, mối liên kết dăm-dăm kém Chỉ có lựa chọn một thời gian ép hợp lý mới có thể nâng cao chất lượng ván Để có thể làm rõ thêm ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ép, đặc biệt đối với loại nguyên liệu mới là dăm rơm trong sản xuất ván dăm từ rơm, tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu xây dựng chế độ ép hợp lý trong công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm dùng trong xây dựng cơ bản”

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tính cấp bách của vấn đề nghiên cứu

Việt nam là nước nông nghiệp có nền văn minh lúa nước lâu đời Lúa gạo không những là một loại lương thực thiết yếu của người dân mà còn là một loại sản phẩm quan trọng tạo sinh kế cho trên 70% dân số Sản lượng lúa gạo ở nước

ta trung bình đạt 35,8 triệu tấn gạo (năm 2007, theo Bộ NN và PTNT), trong số

đó có khoảng 6 triệu tấn xuất khẩu (năm 2009) Với ước tính lượng rơm rạ chiếm khoảng 50% khối lượng lúa khô (Kadam 2000) thì cứ sản xuất ra được 1 tấn gạo sẽ tạo ra khoảng 1,35 tấn rơm Như vậy, lượng rơm rạ tạo ra hàng năm ở Việt nam sẽ là hàng chục triệu tấn, một con số đáng kể Tuy nhiên, hiện nay ở Việt nam, rơm rạ vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu qủa do đặc điểm thu

gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng miền khác nhau

Ở miền Bắc, nông dân thường phơi rơm rạ sau mùa gặt trên đường quốc lộ

là hiện tượng khá phổ biến, gây nguy cơ tai nạn giao thông cao, ngoài ra còn là vật dễ cháy gây nguy hiểm cho người đi đường Chủ yếu rơm rạ vẫn được đốt trực tiếp ngoài đồng (gây ô nhiễm cho khu vực đô thị) hoặc sử dụng làm chất đốt và tạo các vật dụng trong sinh hoạt hàng ngày như ổ rơm cho gà đẻ, lót đồ

sành sứ, hun khói thịt chó…

Hình 1.1: Việc đốt rơm rạ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường

Để đáp ứng nhu cầu phát triển hiện nay của xã hội thì các loại vật liệu nói chung và vật liệu từ ván nhân tạo nói riêng luôn là vấn đề được các nhà nghiên cứu đặt lên hàng đầu Nhất là trong điều kiện của một nước nông nghiệp như

nước ta hiện nay thì việc tận dụng được phế liệu của ngành nông nghiệp là một vấn đề đang được nhiều nhà khoa học quan tâm Rơm là một loại vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên, gần gũi với con người Đề tài được đưa vào sản xuất sẽ góp phần hạn chế việc khai thác gỗ tự nhiên (nguồn tài nguyên đang bị cạn kiệt) hơn nữa nó còn góp phần tăng thu nhập cho ngành nông nghiệp

Thực tế trong mấy thập kỷ qua cho thấy, nếu tiến hành tốt khâu chế biến,

sử dụng gỗ một cách hợp lý sẽ đóng góp một cách tích cực cho việc bảo vệ và phát triển rừng Hiện nay có một số biện pháp như sản xuất ván nhân tạo từ gỗ mọc nhanh rừng trồng thay thể cho gỗ tự nhiên và phát triển sử dụng các loại nguyên vật liệu ngoài gỗ

Tuy nhiên, ngay cả gỗ rừng trồng cũng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng tăng ở nước ta Mặc dù diện tích trồng rừng tăng nhưng diện tích rừng có trữ lượng không nhiều do chu kỳ trồng rừng khá dài, từ 7 đến 10 năm, mà nhu cầu cho sản xuất giấy và bột giấy cũng khá lớn, nên mới chỉ đáp ứng được một phần nhỏ nhu cầu sử dụng Vậy nên hướng nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ nguồn nguyên liệu ngoài gỗ như phế liệu Nông nghiệp ngắn ngày (rơm) là rất cần thiết

Hiện nay, công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ trên thế giới đã khá phát triển và có nhiều nghiên cứu Tuy nhiên, nó vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu sử dụng ngày càng cao của người dân Ngoài ra, ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức, nên công nghệ sản xuất ván dăm

từ nguyên liệu rơm rạ vẫn chưa thực sự hoàn thiện Ván sau khi ép thường có tính chất cơ lý chưa cao, ván hay bị tách lớp, … và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ ép, áp suất ép, thời gian ép, lượng hóa chất xử lý,… Vì vậy để nâng cao chất lượng của ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ cần thiết phải nghiên cứu rõ hơn về chế độ công nghệ khi sản xuất ván dăm từ rơm, đặc biệt là nghiên cứu chế độ ép hợp lý trong quá trình tạo ván

1.2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

1.2.1 Khả năng cung cấp nguyên liệu từ nguồn rơm:

- Trên thế giới sản lượng lúa gạo ngày càng tăng hàng năm tăng lên mỗi năm tới 500 triệu tấn (Theo điều tra sơ bộ thì để tạo ra 1 tấn gạo sẽ thải ra tới 1,3 tấn rơm rạ khô) Như vậy, hàng năm trên thế giới sẽ tạo ra khoảng 650 triệu tấn rơm

- Ở Việt Nam sản lượng lúa năm hàng khoảng 36 triệu tấn (Niên giám thống

kê 2007) Lượng rơm khô ước tính khoảng: 47 triệu tấn Đây là lượng nguyên

liệu khổng lồ để sản xuất ván nhân tạo nói chung và ván dăm nói riêng

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng rơm rạ

a) Thế giới:

Việc nghiên cứu sử dụng rơm rạ đã được nhiều nước quan tâm, đặc biệt là các nước trữ sản lượng lúa cao tập trung ở khu vực Đông Nam Á như Thái lan, Indonesia Tại các nước này, rơm rạ hiện được dựng để sản xuất điện năng và tro của rơm (thường có hàm lượng SiO2 tới 75% hàm lượng tro) có thể dùng để làm phụ gia bê tông

“Nghiên cứu sản xuất ván dăm cách âm, cách nhiệt từ hỗn hợp rơm lúa và dăm gỗ” của Han Seung Yang và các cộng sự tại Đại học quốc gia Seoul, Hàn quốc thực hiện năm 2003 (Han Seung Yang, 2003) Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có khối lượng thể tích là 0,4, 0,6 và 0,8 g/cm3 với 3 mức tỷ lệ hỗn hợp rơm như sau: 10, 20 và 30% sử dụng keo UF Kết quả cho thấy, cường

độ uốn tĩnh của ván dăm tăng khi khối lượng thể tích của ván tăng lên, cụ thể như sau:

Bảng 1.1 Cường độ uốn tĩnh của ván rơm ở các KLTT khác nhau

Khối lượng thể tích (g/cm3) 0,4 0,6 0,8

Cường độ uốn tĩnh (psi) 140 - 129 700 - 900 1400 – 2900 Ghi chú: 1 MPa = 145,0377 psi

Ván dăm từ hỗn hợp rơm-dăm gỗ có cường độ cơ học cao hơn nhiều so với ván cách âm, cách nhiệt thông thường Kết qủa khẳng định kích thước rơm (chiều rộng và chiều dài rơm) không ảnh hưởng tới cường độ uốn tĩnh của ván Chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm-dăm gỗ có đặc tính cách âm, cách nhiệt tốt, có thể thay thế một phần hoặc toàn bộ ván dăm gỗ và/hoặc ván dăm cách âm trong các công trình xây dựng kết cấu gỗ.[21]

“Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính chất vật lý của ván rơm” của Greggory S Karr và các cộng sự tại trường Đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2000 (Greggory S Karr, 2000) Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2 đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát trong khoảng 2 đến 8%) và nhiệt độ ép (từ

135 đến 218 0C) tới tính chất vật lý và cơ học của ván (dày 6 mm) Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất tới tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván Độ ẩm ban đầu của rơm ảnh hưởng tới cường độ cơ học của ván nhiều hơn tính ổn định kích thước của ván Nhiệt độ ép ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước của ván nhiều hơn tính chất cơ học của ván Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 đến 28,7 MPa với khoảng cách gối là 18 lần chiều dày.[22]

“Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa

mì có KLTT trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003 Nghiên cứu sử dụng 4 loại keo là MDI, UF, keo từ protein tách từ đậu nành SPI và bột đậu nành SF đối với rơm đã qua xử lý hoá chất tẩy là hỗn hợp kiềm và hợp chất oxi hóa Kết quả cho thấy, ván rơm từ rơm xử lý có chất lượng cao hơn ván không xử lý Keo MDI cho chất lượng cao nhất, với lượng keo dùng khoảng 4% Ván từ keo SPI và SF có chất lượng tương

tự ván từ keo UF Riêng đối với keo UF, MOR của ván từ rơm không xử lý là 6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa Còn IB tương ứng là 0,11 MPa đối với rơm không xử lý và là 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá chất.[23]

“Nghiên cứu cải thiện cơ chế dán dính của keo UF sử dụng để sản xuất ván nhân tạo từ rơm lúa mì và sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling là silane hoặc xử lý chiết suất” của Guangping Han và các cộng sự tại đại học Kyoto, Nhật bản thực hiện năm 1999 Kết quả cho thấy, với 2 giải pháp xử lý này đều cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt bề mặt của nguyên liệu, tạo tiền đề tăng khả năng thấm ướt keo trên bề mặt, nhằm tăng khả năng dán dính.[24]

“Nghiên cứu tính chất chịu kéo và chịu nén của ván dăm có KLTT thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại trường đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2001 Rơm được xử lý hoá chất là H2O2

và/hoặc NaOH Kết quả cho thấy, đối với các dạng hoá chất khác nhau, chất lượng ván thay đổi khác nhau Cụ thể, với ván đối chứng, cường độ chịu kéo dứt

là 256 kPa và chịu nén là 235 kPa Tuy nhiên, khi xử lý hỗn hợp NaOH và H2O2

thì cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2648 kPa và chịu nén là 446 kPa.[25] Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu của Kiran L.Kadam và các cộng sự (2000) rơm rạ có thể được sử dụng để sản xuất giấy Theo Alex Wilson (1995) nguyên liệu rơm rạ (từ lúa mì, gạo, lúa mạch, yến mạch, lúa mạch đen) có thể là một loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách tường trong các ngôi nhà

Từ rơm rạ đóng kiện (straw bale), sản xuất ván nhân tạo (vật liệu dạng tấm)

cả loại ván dày và ván mỏng để làm vật liệu xây dựng chịu lực, cách âm, cách nhiệt Từ những năm 90, trên thế giới đó bắt đầu hình thành ngành công nghiệp sản xuất ván dăm rừ rơm Tuy nhiên, do rơm rạ có đặc điểm là phía vỏ bên ngoài của lú sốp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn do chỉ có thể

sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) – là loại keo khá đắt, để sản xuất Ván dăm từ rơm rạ chỉ thực sự phát triển từ những năm 2000 trở lại đây với giải pháp xử lý rơm rạ trước khi ép bằng giải pháp hoá-cơ-nhiệt tại một số nước như Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng trong xây dựng Tuy

nhiên, chủ yếu nguồn rơm rạ mới là lúa mì, lúa mạch, còn nguyên liệu rơm rạ từ lúa gạo rất hạn chế do sản lượng ít

Tại Hàn quốc, Han Seung Yang và các cộng sự (2003) đó tiến hành sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm rạ và gỗ sử dụng keo UF để tạo vật liệu cách âm dùng trong xây dựng Sản phẩm ván tạo ra có cường độ uốn tĩnh là 4,83-6,21 MPa (với ván có khối lượng thể tích 0,6 g/cm3) và là 9,65-20 MPa (với ván có khối lượng thể tích 0,8 g/cm3) Đặc biệt, sản phẩm ván tạo ra có khả năng hấp phụ âm thanh (hệ số hấp thụ âm thanh tới trên 0,3 - kiểm tra theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C384) tốt hơn nhiều so với các loại ván nhân tạo khác

Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) đó nghiên cứu sử dụng tro từ rơm rạ để thay thế amiăng trong chế tạo má phanh

Ngoài ra, rơm cũng được sử dụng để sản xuất ván sợi từ xi măng cho kết quả khả quan (theo Elvira C.Fernandez, 2000)

b) Trong nước:

Ở Việt nam, rơm rạ vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu qủa do đặc điểm thu gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng miền có khác nhau

Ở miền Bắc, chủ yếu rơm rạ vẫn được sử dụng làm chất đốt và tạo các vật dụng trong sinh hoạt hàng ngày như ổ rơm cho gà đẻ, hun khói thịt chó…

Ở các tỉnh phía Nam, do đặc điểm trồng lúa tập trung nên rơm rạ đó bước đầu được sử dụng khá hiệu quả như làm vật liệu lót thùng để vận chuyển trái cây, dưa hấu, đồ sành sứ với giá bán mỗi xe tải từ 300,000 đến 600,000 đồng; Công ty du lịch Vinh Sang (Du lịch Bến Thành, thành phố Hồ Chí Minh) thực hiện dự án tạo tấm vách từ rơm rạ để xây dựng nhà ở cho người có thu nhập thấp tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long do tổ chức Development Marketplace tài trợ bắt đầu từ năm 2008

KS Trần Quốc Tế thực hiện đề tài năm 2005 về sử dụng rơm rạ để sản xuất panel rơm rạ (dạng vách ngăn - tường nhà, kết cấu panel 3 lớp: 2 lớp mặt

phía ngoài dựng ván dăm rơm-xi măng; lõi là tấm polystyren) trong công trình xây dựng, và đó bước đầu ứng dụng thử nghiệm tại đồng bằng sông Cửu Long Sản xuất hộp đựng thực phẩm từ vỏ trấu và rơm: Giải pháp nhằm khắc phục vấn đề của các hộp đựng không thích nghi được với các thực phẩm nóng ở nhiệt

độ tương đối cao và thực phẩm chứa nhiều nước Hộp đựng thực phẩm này được làm bằng vật liệu hỗn hợp từ: Bột trấu và/hoặc bột rơm ở tỷ lệ 800 – 1200 phần khối lượng; Tinh bột thực phẩm: 150 – 250 phần khối lượng; Natri polyacrylic: 15 – 25 phần khối lượng; Bột Titan 0 – 25 phần khối lượng; Nước:

400 – 600 phần khối lượng

1.2.3 Tình hình nghiên cứu ván dăm:

Ván dăm là một loại vật liệu composite gỗ đó được nghiên cứu khá sớm, bắt đầu từ năm 1887, với sản phẩm ván dăm được sản xuất từ mùn cưa và keo máu (albumin máu) Tuy nhiên, ván dăm chỉ được sản xuất với quy mô công nghiệp từ những năm 40 của thế kỷ 20 với nhà máy ván dăm đầu tiên được xây dựng tại Bremen (Đức) năm 1941 và có mặt trên thị trường sau khi chiến tranh thế giới lần thứ hai kết thúc (1946 – Nhà máy ván dăm công suất 60 m3/ngày đặt tại Thuỵ Sỹ) Ngành công nghiệp ván dăm chỉ thực sự phát triển mạnh từ những năm 70 trở lại đây, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp hoá dầu, tạo ra nguồn nguyên liệu phong phú, giá rẻ để sản xuất keo dán (nhựa tổng hợp) Nghiên cứu về ván dăm vì thế mà cũng có những thành công lớn, đặc biệt là công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ đó khá hoàn thiện Hiện nay trên thế giới cũng như Việt nam, hướng nghiên cứu về ván dăm tập trung vào 3 hướng chính sau:

1 Tạo sản phẩm mới: ván dăm dạng xốp, ván dăm không sử dụng keo; ván dăm sử dụng keo ít gây ô nhiễm

2 Tìm loại nguyên liệu mới thay thế gỗ:

(1) Tìm các loại vật liệu sợi cellulose mới ngoài gỗ;

(2) Kết hợp vật liệu cellulose với vật liệu khác;

(3) Sử dụng thứ, phế liệu Nông, lâm nghiệp

3 Nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có: Nhược điểm ván dăm hiện có là khả năng chống ẩm kém, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều như ở Việt nam; độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh cũng chưa cao; độ bền kéo vuông góc mặt ván thấp Do đó, hướng nâng cao chất lượng ván dăm là nhằm khắc phục các nhược điểm này Hướng nâng cao chất lượng chính hiện nay là chống ẩm và nâng cao

chất lượng bề mặt ván dăm

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

+ Mục tiêu chung của đề tài

Xác định các giải pháp công nghệ, kỹ thuật để nâng cao chất lượng của ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ

Nâng cao khả năng sử dụng nguyên liệu rơm rạ

Đa dạng hóa các loại hình sản phẩm từ nguyên liệu rơm rạ

+ Mục tiêu cụ thể của đề tài

Tìm khoảng giá trị hợp lý của nhiệt độ ép và thời gian ép cho công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ

1.4 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tìm hiểu về công nghệ sản xuất ván dăm

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép, nhiệt độ ép đến một số chỉ tiêu chất lượng ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết

cơ bản về khoa học gỗ, các loại vật liệu ngoài gỗ, công nghệ sản xuất ván dăm,

lý thuyết thống kê toán học

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết la tìm hiểu một số phương pháp sản xuất ván dăm và cơ chế hình thành ván dăm

1.5.2 Phương pháp kế thừa

Phương pháp kế thừa được sử dụng để tổng hợp các tư liệu, tài liệu có tính lịch

sử, tài liệu cung cấp các thông tin liên quan về kinh tế, xã hội, tự nhiên thuộc các vùng lãnh thổ

1.5.3 Phương pháp thực nghiệm

Khi nghiên cứu về công nghệ người ta thường sử dụng phương pháp thực nghiệm Trong đề tài này ngoài các phương pháp nghiên cứu đã nêu ở trên, phương pháp thực nghiệm theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm cũng là phương pháp chính chúng tôi sử dụng trong đề tài này

Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ

a Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố

Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố được sử dụng cho nghiên cứu thăm dò ban đầu về công nghệ, nghiên cứu về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ như thời gian ép, nhiệt độ ép,…

b Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố:

Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố là phương pháp chủ lực để xây dựng quy trình sản xuất ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ, trong đó chủ yếu là nghiên cứu ảnh hưởng chéo của các thông số đầu vào đến chất lượng ván dăm và tìm ra các thông số tối ưu

Bước 4 Phân loại dăm Bước 5 Trộn keo và trải thảm Bước 6 Ép nhiệt

Bước 7 Xử lý cuối

e Các tiêu chuẩn kiểm tra: TCVN 7756-2007

+ Tiêu chuẩn kiểm tra khối lượng thể tích: TCVN 7756.4 + Tiêu chuẩn kiểm tra độ trương nở chiều dày: TCVN 7756.5 + Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền uốn tĩnh và môđun đàn hồi uốn tĩnh: TCVN 7756.6

+ Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền kéo vuông góc: TCVN 7756.7

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.6.1.Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu Chế độ ép (Nhiệt độ ép và thời gian ép) ván dăm từ rơm rạ dùng trong xây dựng cơ bản

1.6.2 Phạm vi nghiên cứu

a) Nguyên liệu:

Rơm: Rơm rạ được lấy tại khu vực huyện Chương Mỹ - Hà Nội, chủ yếu

là giống lúa Q5 (chiếm trên 75%) Ngoài ra còn có Khang dân và Hai dòng

Keo dán: Keo dán dùng trong nghiên cứu là loại hóa chất thường được sử

dụng để sản xuất ván dăm là hỗn hợp keo Urea Formaldehyde (U-F) và MDI Đây là dạng hỗn hợp keo được sử dụng trong ván dăm không những tăng cường

độ mà còn góp phần giảm formaldehyde tự do trong ván (Wang và các cộng sự 2006) Tỷ lệ trộn UF/MDI = 5:1 Lượng keo dùng 12%

b) Sản phẩm:

Kích thước sản phẩm: 700 x 700 x 12 mm Sản phẩm sử dụng trong xây dựng cơ bản, làm vách ngăn và trần nên có yêu cầu không quá cao, đáp ứng được yêu cầu làm ván dăm thông dụng (theo TCVN 7754-2007) Ván sản phẩm

3 lớp có tỷ lệ kết cấu 1:3:1, chiều dày 12 mm, khối lượng thể tích: 0,75 g/cm3,

độ ẩm cuối cùng 10%

c) Áp suất ép max:

Áp suất ép là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến khối lượng thể tích và phân bố mật độ giữa các lớp trong ván dăm, đặc biệt là đối với ván dăm ép không sử dụng thanh cữ Trong đề tài này, để hạn chế ảnh hưởng của các yếu tố khác đến chất lượng sản phẩm cũng như làm rõ ảnh hưởng của thông số chế độ ép (nhiệt

độ, thời gian) tới chất lượng sản phẩm, sau khi nghiên cứu thăm dò đối với nguyên liệu dăm rơm của đề tài (theo tài liệu Công nghệ sản xuất ván dăm của tác giả Uông Hoa Phúc, áp suất ép lớn nhất hợp lý cho sản xuất ván dăm cần đảm bảo thời gian tăng áp nằm trong khoảng 30-35 giây), chúng tôi quyết định chọn áp suất ép trong nghiên cứu này là 3 MPa

d) Máy và thiết bị:

Sử dụng các máy và thiết bị của Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghiệp rừng và phòng thí nghiệm khoa Chế Biến Lâm Sản – Đại học Lâm Nghiệp

e) Yếu tố nghiên cứu: nhiệt độ ép và thời gian ép

Để lựa chọn được các khoảng thông số nhiệt độ ép và thời gian duy trì áp suất

ép max (τ4) hợp lý để nghiên cứu, sau khi tham khảo các nghiên cứu trước đó của Youngquist 1993, Wang 1993, Uông Hoa Phúc 1998, Gregory 2000 và Xiaoqun 2003, chúng tôi tiến hành làm thực nghiệm thăm dò như sau:

Tiến hành thực nghiệm thăm dò trong các khoảng sau

- Nhiệt độ ép: (115 ÷ 145) 0C; (145 ÷ 175) 0C; (175 ÷ 205) 0C

- Thời gian duy trì áp suất max: τ4=(0,2 ÷ 0,5) phút/mm chiều dày, τ4= (0,5 ÷ 0,9) phút/mm chiều dày, τ4= (0,9 ÷ 1,2) phút/mm chiều dày

- Áp suất ép cố định = 3 MPa

Kết quả thực nghiệm thăm dò

Sau khi tiến hành thực nghiệm thăm dò thấy rằng với với khoảng khảo sát

về nhiệt độ và thời gian ép cho chất lượng ván tốt nhất nằm trong khoảng: Thời gian duy trì áp suất max τ4 (0,5 ÷ 0,9) phút/mm chiều dày, nhiệt độ ép (145 ÷ 175) 0C

Căn cứ vào độ chính xác của các thiết bị, điều kiện thực nghiệm và yêu cầu độ chính xác của kết quả chúng tôi thực nghiệm theo 03 mức nhiệt độ ép và thời gian ép như sau:

+ Nhiệt độ ép: T = (145; 160; 175) 0C

+ Thời gian duy trì áp suất ép max: τ4 = ( 0,5; 0,7; 0,9) phút/mm chiều dày

f) Kiểm tra chất lượng sản phẩm: Theo tiêu chuẩn: TCVN 7754: 2007 ;

Yêu cầu riêng đối với ván dăm thông dụng sử dụng ở điều kiện khô có chiều dày

từ 6 đến 13 mm (sản phẩm của đề tài là ván dăm dày 12 mm) như sau:

 Khối lượng thể tích ván dăm: sai số dưới ±10%;

 Độ bền uốn tĩnh: 12,5 MPa

 Độ bền kéo vuông góc của ván dăm: 0,28 MPa

 Riêng đối với ván sử dụng trong điều kiện khô và nội thất, cần kiểm tra thêm mô đun đàn hồi uốn tĩnh của ván dăm: > 1800 MPa

 Độ trương nở chiều dày của ván dăm: < 20 % cho trường hợp ván dăm thông thường nhằm đánh giá khả năng chống chịu môi trường ở điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều của Việt Nam

2.1 Đặc điểm của nguyên liệu rơm

2.1.1 Điều tra cơ bản tìm hiểu về nguyên liệu rơm

Nguyên liệu bao giờ cũng là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong quá

trình sản xuất, bởi vì nguyên liệu là yếu tố cơ bản quyết định đến công nghệ sản xuất, chất

2.1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của cây lúa:

Cây lúa là cây thuộc họ hoà thảo (Gramincae) có tên khoa học là Oriza

sativa, thời gian sinh trưởng ngắn (90-180 ngày), nơi sinh trưởng chủ yếu là các

Rễ lúa

Lá lúa Thân lúa

Hình 2.1 Cấu tạo chung của cây lúa

vùng đất ngập nước, chiều cao đạt được tại thời điểm làm đòng từ 0,6-2 m Có rất nhiều giống lúa khác nhau như: giống ngắn ngày, giống dài ngày, giống cây cao, giống cây thấp, Nhưng đặc điểm cấu tạo chung và thành phần hoá học của thân cây lúa khác nhau không đáng kể

Cấu tạo chung của cây lúa: Cây lúa được chia làm 3 phần chính đó là: Rễ lúa, thân lúa và lá lúa

 Rễ lúa: thuộc loại rễ chùm, phân bố ở những vùng nông sát mặt đất không

có khả năng ăn sâu vào đất

 Thân lúa: thuộc loại thân thảo rỗng ruột.Trên thân lúa chia ra nhiều lóng, ngăn cách giưa các lóng gọi là mắt.Độ dài các lóng không bằng nhau, lóng ở phần gốc thường ngắn hơn lóng ở phần ngọn nhưng đường kính lại lớn hơn Chiều dài các lóng biến động trong khoảng từ 1,62-26,3 cm, đường kính từ 0,19-0,58 cm, độ dày thành lóng từ 1-2 mm Vào thời kỳ thu hoạch, số lóng trên thân cây lúa dao động từ 4-8 lóng, tuỳ theo giống Lá lúa: được chia làm 2 phần :

+ Bẹ lá: là phần bao bọc và làm tăng thêm độ cứng vững cho thân lúa

+ Phiến lá: là phần xoè ra để quang hợp và mất đi một phần khi thu hoạch Tuy nhiên các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tài nguyên rơm có một hàm lượng cao Silic và sáp trên bề mặt làm cho chúng khó có khả năng liên kết được với keo UF, đây là một trở ngại lớn cho sản xuất ván dăm

(a) (b) Hình 2.2 (a).Hình ảnh mặt cắt ngang cọng rơm;(b).Hình ảnh lớp sáp

Lúa là một loại cây lương thực được hơn 100 nước trên thế giới trồng làm lương thực chính Diện tích trồng lúa hàng năm trên thế giới vào khoảng 177.168.000 ha, châu Á khoảng 130.974.000 ha (Số liệu năm 1994) Ở Việt Nam cây lúa cũng là cây lương thực chính được trồng ở khắp mọi nơi Diện tích trồng lúa hàng năm ở nước ta vào khoảng 6.599.000 ha (số liệu năm 1994) Theo nghiên cứu của trường đại học Nông nghiệp 1 thì 1 ha lúa có thể thu được

từ 7-10 tấn thân cây lúa (còn gọi là rơm-rạ) Như vậy, rơm rạ là một nguồn nguyên liệu dồi dào, thu hoạch từ hai đến 3 lần một năm cần được quan tâm,

nghiên cứu

2.1.1.2 Tìm hiểu một số đặc điểm cơ, lý cơ bản của rơm rạ:

a) Khối lượng thể tích (KLTT) (theo Summers 2000)

Rơm rạ khô khá nhẹ nên chiếm khá nhiều diện tích Tuỳ thuộc vào dạng đóng gói mà khối lượng thể tích của rơm khá khác nhau Theo Jenskin 1993, khối lượng thể tích (mật độ xếp đống) của các dạng đóng gói rơm như trong Bảng 2.1 sau:

Bảng 2.1 Khối lượng thể tích của các dạng rơm khác nhau

Dạng tồn tại KLTT (kg/m3 ở điều kiện khô)

Rơm đóng thành kiện (Bales) 110-200

Rơm được đập nhỏ (Hammer milled) 40-100

Kết quả này khẳng định rơm rạ là loại nguyên liệu khá nhẹ, cồng kềnh khi đóng gói, khiến cho chi phí vận chuyển tăng cao khi xem xét tới yếu tố quy hoạch vùng nguyên liệu và tính toán hiệu quả kinh tế khi sử dụng rơm rạ để sản xuất quy mô công nghiệp

Một câu hỏi đặt ra là liệu KLTT rơm thực có nhỏ hơn KLTT thực của gỗ? Kaup và Goss (1981) đã ước tính giá trị này dựa trên tỷ lệ các thành phần nguyên tố tạo nên rơm và tỷ trong riêng (KLTT riêng) của chúng Trong đó, xem KLTT của H và O tương tự nước, có nghĩa là bằng 1000 kg/m3 KLTT của

C ở trạng thái vô định hình là 1800 đến 2100 kg/m3 KLTT của các nguyên tố khác có thể tra từ sổ tay hoá học Phương pháp tính toán này có nhược điểm là không tính đến ảnh hưởng của liên kết hoá học giữa các nguyên tố, nhưng có giá trị ước lượng khá chính xác và có ý nghĩa khi so sánh các loại vật liệu khác nhau Sử dụng phương pháp này và tính cho các nguyên tố chủ yếu (có khối lượng chiếm từ 1% tổng khối lượng trở lên) cho gỗ lá kim và rơm rạ được cho trong bảng 2.2 Theo đó, KLTT thực của rơm ước tính là khoảng 1600 kg/m3 so với khoảng 1490 kg/m3 của gỗ lá kim Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, khi hàm lượng Si trong rơm rạ tăng lên hoặc hàm lượng các nguyên tố C, H, O giảm thì đều khiến cho KLTT thực của rơm tăng lên Sở dĩ KLTT thực của rơm có nhỉnh hơn của gỗ lá kim như vậy có thể là do các tinh thể Si trong cấu trúc cell rỗng, nên KLTT thực của rơm nói chung sẽ nằm trong khoảng 1600-1650 kg/m3

b) Độ ẩm và đặc tính hút ẩm (theo Summers 2000)

Ngay sau khi gặt lúa, độ ẩm của rơm rạ khá cao, đạt khoảng 150 đến 250% (theo Summers 2000), nhưng thường rơm rạ sẽ được phơi ngoài đồng cho

tới độ ẩm khoảng dưới 17% trước khi được đóng kiện (thành kiện rơm) nhằm hạn chế sự phát triển của nấm mốc trong quá trình bảo quản

Quá trình hút ẩm (Absorption) và nhả ẩm (Desorption) của gỗ lá kim - softwood (theo Beall 2000) và của rơm rạ lúa gạo - rice straw (theo Thompson 1974) được cho trong hình 2.2 dưới đây Từ kết quả này cho thấy, so với gỗ, thì EMC của rơm có phần nhỉnh hơn 1 chút Thompson ước tính, độ ẩm bão hoà thớ

gỗ (EMC ở độ ẩm tương đối môi trường 100%) của rơm rạ khoảng 42% trong khi với gỗ lá kim thì chỉ khoảng 26-30%

Hình 2.3 So sánh đường cong hút-nhả ẩm của rơm rạ (Thompson 1974) và gỗ lá

kim (Beall 2000) ở điều kiện môi trường 25 0C

c) Hàm lượng các nguyên tố trong rơm rạ (theo Summers 2000)

Hàm lượng các nguyên tố chính trong rơm rạ được cho trong Bảng 2.2

Bảng 2.2 Hàm lượng các nguyên tố chính trong rơm rạ và ước tính KLTT thực của rơm dựa trên hàm lượng của các nguyên tố này

thực ước tính (kg/m 3 )

KLTT của nguyên

tố (kg/m3)

1950 1000 1000 2320 2000

% khối lượng các nguyên tố chủ yếu

d) Các thành phần hóa học chính trong rơm rạ:

Theo nghiên cứu của Kadam và các cộng sự (2000), các thành phần hóa học chính trong rơm rạ được cho trong bảng sau:

Bảng 2.3 Các thành phần hoá học chính trong rơm rạ

3% P2O5, 3% Fe2O3, 1,3% CaO và một lượng nhỏ các nguyên tố như Mg, S và

Na

Rơm có lượng chất sáp ở vỏ cũng như hàm lượng Si khá cao nên khả năng dán dính khi sử dụng các loại keo nhiệt rắn phổ biến cho sản xuất ván nhân tạo gặp khó khăn Tuy nhiên, với sản lượng phong phú và thu hoạch hằng năm, rơm

rạ là một nguồn nguyên liệu cần được quan tâm thích đáng trong thời gian tới như là 1 nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất ván nhân tạo khi chú trọng thích đáng tới các giải pháp công nghệ nhằm khắc phục các nhược điểm của loại vật liệu này

2.2 Nguyên lý hình thành ván dăm

Ván dăm là loại ván được hình thành từ việc ép các dăm nguyên liệu có kích thước nhỏ lại với nhau trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao cùng với sự tham gia của keo dán để tạo thành tấm ván có kích thước lớn hơn, khả năng sử dụng cao hơn

Ván dăm có nhiều loại với nhiều tên gọi khác nhau.Ván dăm có thể chia thành một số loại chủ yếu sau:

 Căn cứ vào cách sử dụng

 Căn cứ vào kết cấu của ván

 Căn cứ vào trạng thái bề mặt

 Căn cứ vào nguyên liệu sử dụng

 Căn cứ vào phương pháp tạo ván

 Căn cứ vào chất kết dính sử dụng

 Căn cứ vào lượng formanđehye tự do có trong ván

 Căn cứ vào khả năng chịu lửa

 Căn cứ vào khả năng bảo quản, chống ẩm [21]

Đặc điểm chung của các loại ván dăm này là đa dạng kích thước, công nghệ sản xuất đơn giản, phạm vi sử dụng cao

Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, trong quy trình công nghệ sản xuất có một số yêu cầu bắt buộc sau:

 Kích thước dăm phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn của sản xuất ván dăm

 Độ ẩm của dăm sau khi trộn keo phải <15%

 Nhiệt độ bàn ép, áp suất ép phải đúng như chế độ ép đã đưa ra

 Lượng keo sử dụng chỉ từ 8-10 (%)



2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

2.3.1 Ảnh hưởng của nguyên liệu rơm:

Các thông số của rơm như: Thành phần hoá học, độ ẩm nguyên liệu, độ ẩm dăm, là những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván

Rơm rạ là một loại vật liệu sợi thực vật dạng lignocellulosic, tuy nhiên hàm lượng silicon dioxide (SiO2) giữa các loại rơm khác nhau không hoàn toàn giống nhau Hàm lượng tro chiếm khoảng 13% đến 20% khối lượng rơm khô Thông thường, các thành phần chính trong tro rơm gồm: 75% SiO2, 10% K2O, 3%

P2O5, 3% Fe2O3, 1,3% CaO và một lượng nhỏ các nguyên tố như Mg, S và Na Trong đó Si là chủ yếu, Si chính là thành phần chống lại sự liên kết của rơm

và keo

Nếu nguyên liệu có độ ẩm lớn (>40%) thì quá trình tạo dăm rất khó thực hiện bởi lúc này nguyên liệu trở nên dẻo và mềm sẽ tạo thành búi quấn vào búa của máy nghiền Ngược lại nếu độ ẩm của nguyên liệu quá thấp (<20%) nó trở nên rất giòn, dễ gẫy do đó trong quá trình nghiền sẽ tạo ra tỉ lệ bột cao ảnh hưởng đến tỷ xuất dăm và chất lượng dăm Độ ẩm của nguyên liệu tốt nhất nằm trong khoảng 20%-40%

Rơm là loại nguyên liệu có tính hút ẩm khá mạnh nên sau khi nghiền dăm phải được bảo quản kĩ, tránh sự hút ẩm của dăm Độ ẩm của thảm dăm sau khi trộn keo phải <15%, như vậy thì ván ép ra sẽ khắc phục được nhiều khuyết tật hơn

Chúng ta thấy rằng, rơm rạ từ lúa có đặc điểm là có thành phần sáp (kị nước) ở thân vỏ, do đó, khả năng thấm ướt bề mặt kém, khiến cho các loại keo nhựa nhiệt rắn gốc formaldehyde (là loại keo phổ biến được sử dụng trong công nghiệp chế biến gỗ nói chung, sản xuất ván nhân tạo nói riêng) khó thấm đều và hình thành liên kết Điều này khiến cho khả năng dán dính của rơm với rơm sử dụng keo gặp khó khăn, cản trở rất lớn đến chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả sử dụng rơm rạ làm vật liệu cho sản xuất ván dăm nói riêng, ván nhân tạo nói chung Một điểm nữa là trong rơm, hàm lượng tro khá cao, chiếm tới trên 12%, thậm chí tới 18%, gấp hàng chục lần (trên 50 lần) so với gỗ Đây cũng là 1 điểm bất lợi nữa cho việc sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu sản xuất ván dăm, ván nhân tạo do sự cản trở của thành phần Silic (chiếm chủ yếu trong tro rơm) này

Bảng 2.4 So sánh các thành phần hoá học chính giữa gỗ và rơm rạ

hơn gỗ Điều này khẳng định là cường độ sợi hoặc dăm từ rơm tạo ra sẽ kém hơn so với gỗ, từ đó mà chất lượng ván dăm, ván sợi tạo ra từ rơm rạ chắc chắn

sẽ không thể bằng được so với ván nhân tạo từ gỗ Theo kết quả mà Kamdan (2000) thu thập được thì một số nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng, sợi tạo ra từ rơm rạ chỉ phù hợp cho sản xuất giấy in (giấy báo) thông thường và trên thế giới chỉ có một số xưởng sản xuất bột giấy từ rơm tại các nước Ấn độ và Trung quốc Ngoài ra, chúng ta cũng dễ dàng nhận thấy là hàm lượng hemicellulose trong rơm khá cao so với gỗ cũng như thành phần chất chiết xuất khá cao Điều này khiến cho việc bảo quản rơm sau khi gặt lúa là 1 yêu cầu bắt buộc do rơm dễ bị

nấm S Oryzae phá hoại (đặc biệt là phần rễ ở phần thân lúa)

2.3.2 Ảnh hưởng của keo dán

Hỗn hợp keo UF-MDI

Theo Wang và các cộng sự (2006), trong phản ứng trùng ngưng của nhựa

UF, methylol-urea hình thành các phân tử lượng lớn, chứa nhiều nhóm hoạt động ở cuối mạch như hydroxymethyl (-CH2OH) Trong trường hợp của MDI, phản ứng chính của nó là với các nguyên tử H của hợp chất Giữa UF và MDI có thể phản ứng với nhau hình thành các liên kết hoá học bền hơn MDI có thể phản ứng với UF theo các dạng phản ứng sau:

1 Phản ứng của MDI với hydroxide

2 Phản ứng của MDI với amide

3 Phản ứng của MDI với carbamide

Kết quả nghiên cứu của Wang cũng chỉ rõ, phản ứng giữa MDI và UF có thể ngăn không để xảy ra phản ứng thuỷ phân của các liên kết sinh ra Formaldehyde tự do trong quá trình đóng rắn của keo UF Kết quả cũng cho thấy khi ép ở 175 0C trong 4,5 phút (ván dày 12 mm) sử dụng hỗn hợp keo UF/MDI (6:1), hàm lượng Formaldehyde tư do trong ván chỉ còn thấp hơn 8 mg/100 g ván dăm (tuơng đương tiêu chuẩn E1), giúp giảm đáng kể hàm lượng Formaldehyde trong ván khi chỉ sử dụng UF thông thường

Pizzi (1993) chỉ rõ cơ chế phản ứng chủ yếu giữa 2 polyme UF và MDI là dựa vào phản ứng giữa nhóm chức –NCO của isocyanate với nhóm hoạt động –

CH2OH của UF Dạng phản ứng thứ hai là giữa nhóm –CH2OH với vòng thơm được kích hoạt của MDI Tính năng hoạt động của các nhóm chức dưới các điều kiện môi trường khác nhau phức tạp hơn vì có sự tham gia của gỗ và nước trong hỗn hợp này

Độ pH của dung dịch keo ảnh hưởng rất lớn tới mối dán, hầu hết các loại keo từ nhựa tổng hợp đều đóng rắn trong môi trường axit vì thế chúng ta chỉ xét ảnh hưởng của axit tới rơm rạ

Khi độ pH của dung dịch keo, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lượng axit trong keo nhanh chóng thấm nhập vào rơm rạ, nó phân hủy các thành phần của rơm rạ gây ảnh hưởng trực tiếp tới tính chất cơ học của phần rơm rạ bề mặt tiếp xúc trực tiếp với keo Keo có độ pH thấp và các hợp chất của sắt làm cho mối dán có màu tối vì thế các dụng cụ chứa keo không nên dùng bằng sắt Mỗi loại keo, loại vật dán có độ pH thích hợp khi sử dụng mới đảm bảo cho mối dán có cường độ dán dính cao và bền với thời gian

Các chất đóng rắn thường dùng là muối axit hoặc axit hữu cơ song nhất thiết độ pH của hỗn hợp keo không được nhỏ hơn 2,5

Trong thực tế sử dụng keo dán các yêu cầu cơ bản của keo đối với công nghệ dán ép là:

- Keo có thời gian bảo quản dài

- Có hàm lượng khô lớn

- Có cường độ dán dính lớn

- Khả năng chịu tác động của môi trường lớn

- Pha chế đơn giản

- Thời gian sống dài

- Có khả năng bôi tráng lên bề mặt dễ dàng

- Ít ngấm vào dăm gỗ

- Thời gian đóng rắn nhanh hoặc có thể điều chỉnh được

- Không làm biến màu hoặc phá hủy vật dán

- Không chứa các chất độc hoặc có hại cho con người và môi trường xung quanh

2.3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

Trộn keo: mục đích và yêu cầu của công đoạn này là phải trộn/phun đều

keo lên bề mặt vật dán một cách nhanh nhất

+Yêu cầu của độ ẩm dăm sau khi trộn keo

Độ ẩm của dăm sau khi trộn keo ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của ván dăm Độ ẩm của dăm sau khi trộn keo chịu tác động rất lớn của độ ẩm của dăm sau khi sấy, đồng thời cũng chịu tác động rất lớn của nồng độ keo Tỷ lệ của nước trong keo ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của dăm sau khi trộn keo Độ ẩm của dăm sau khi trộn keo không được phép tăng quá nhiều, để đề phòng hậu quả không tốt trong quá trình trải dăm và ép nhiệt Nhưng dăm có độ ẩm quá thấp cũng ảnh hưởng tới cường độ dán dính

Trong cùng một điều kiện ép nhiệt, quan hệ giữa độ ẩm của dăm sau khi trộn keo và độ ẩm của ván sau khi ép xong như sau:

Bảng 2.5 Độ ẩm của ván dăm ở các cấp độ ẩm thảm dăm khác nhau

Độ ẩm của thảm dăm sau khi trộn keo Độ ẩm của ván

Trong cùng một điều kiện công nghệ, lượng dăm dùng quyết định khối lượng thể tích của ván dăm Khối lượng thể tích ảnh hưởng trực tiếp đến cường

độ ván, khối lượng thể tích càng lớn thì cường độ ván càng cao, khối lượng thể tích của ván phải căn cứ vào mục đích sử dụng ván để quyết định, với điều kiện đảm bảo cường độ, không nên quá lớn thường dùng trong khoảng 0,65g/cm3 Ván có khối lượng thể tích quá lớn sử dụng không thuận tiện đặc biệt trong công nghệ sản xuất đồ mộc

Yêu cầu của công nghệ trải thảm dăm

Công nghệ trải thảm yêu cầu dăm sau khi trộn keo phải trải thành thảm đều, nếu trải không đều, tính chất vật lý ở các điểm ở trong cùng miếng ván có thể khác nhau, khối lượng thể tích cũng có thể rất khác nhau

Ván dăm được tạo thành từ thảm được trải đều khối lượng thể tích giống nhau, trương nở, co rút của các bộ phận ván giống nhau, ván rất ít bị cong vênh Nếu dăm sau khi trộn keo có kích thước to nhỏ, dầy mỏng khác nhau, khi trải thảm, kích thước của dăm ở lớp đối xứng theo chiều dày của thảm phải giống nhau Cân bằng kết cấu của ván là mấu chốt quan trọng để tránh cho ván bị cong vênh

Dù dùng phương pháp trải thảm nào cũng phải thỏa mãn yêu cầu trên Hiện nay lớp mặt của ván dăm dùng dăm nhỏ hoặc sợi, hoặc dùng các loại nguyên liệu khác nhau, làm cho việc cải tiến thiết bị trải thảm rất khó khăn Loại cây khác nhau làm ảnh hưởng đến khối lượng thế tích của thảm Do nguồn gốc khác nhau, hoặc thời tiết khác nhau khiến tính chất của dăm cũng thay đổi Những nguyên nhân này làm cho khối lượng thể tích của dăm rất khác nhau, khó tạo ra lớp thảm đồng đều Nếu chuẩn bị dăm tốt, hình dạng kích thước của dăm sai khác ít, khối lượng thể tích sẽ tương đối đồng đều

Phương pháp trải thảm Công đoạn trải thảm được hình thành gồm hệ thống cân và hệ thống trải thảm côngđoạn trải thảm có mức độ cơ giới hóa khác

nhau Ví dụ: Cân và trải thảm hoàn toàn thủ công; cân thủ công, trải thảm bằng máy; cân và trải thảm bằng máy

Dù trải thảm bằng phương pháp gián đoạn hay liên tục thì chiều dày của

nó đều phải căn cứ vào khối lượng thể tích của dăm, chiều dày của ván dăm và khối lượng thể tích của ván để quyết định Khối lượng thể tích của dăm phải căn

cứ vào loài cây hình dạng kích thước của dăm để quyết định

2.3.4 Tác dụng của ép nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng

Ép nhiệt là chỉ tác động của nhiệt độ và áp lực đối với thảm dăm, tạo thành ván có khối lượng riêng và chiều dày nhất định Từ đó ta thấy tác dụng của ép nhiệt có 2 mặt: (1) Làm cho keo đóng rắn, ép thảm dăm tới độ dày theo yêu cầu; (2) Tăng áp lực làm dăm trong thảm dăm tiếp xúc chặt chẽ với nhau, gia nhiệt làm cho nhiệt độ của lớp keo ở bề mặt của ván dăm tăng lên, cuối cùng làm cho keo đóng rắn hoàn toàn

Ép nhiệt ván dăm liên quan đến hàng loạt yếu tố: loại keo, chất đóng rắn, nhiệt độ ép, loại dăm, kích thước hình dạng dăm, độ ẩm phân bố và trao đổi nhiệt, thời gian duy trì lực ép, lực ép và phân bố khối lượng thể tích của ván, thời gian ép và áp lực hơi nước trong ván, đóng rắn và đóng rắn sơ bộ trong keo

Trong quá trình ép nhiệt các yếu tố này ảnh hưởng lẫn nhau, rất khó dùng một công thức để làm rõ Trong sản xuất thường dùng điều kiện ép (lực ép, nhiệt

độ, thời gian) để làm rõ điều kiện ép thảm thành ván dăm

Keo fenol- formadehyte yêu cầu nhiệt độ tương đối cao hơn so với sử dụng keo urea-formaldehyte, khoảng 180- 200oC Keo ure- formaldehyte có thể dùng nhiệt độ tương đối cao để tăng nhanh tốc độ đóng rắn, nhưng nếu dùng nhiệt độ nhiệt độ tương đối thấp cũng có thể kết dính thuận lợi Một số nhà máy khi dùng keo ure- formaldehyte thường dùng ở nhiệt độ 140oC, các máy ép nhiệt kiểu mới thường được thiết kế dùng ở nhiệt độ cao hơn, đặc biệt đối với các máy

Đường cong nhiệt độ, thời gian khi ép nhiệt

Đường cong nhiệt độ, thời gian khi ép nhiệt thảm dăm ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian ép và năng suất, phản ánh mối quan hệ giữa thời gian gia nhiệt

và nhiệt độ lớp mặt và lớp giữa của thảm dăm khi ép nhiệt Đường cong nhiệt độ thời gian của lớp giữa có thể chia thời gian thành năm đoạn

Hình 2.5 Đường cong nhiệt độ thời gian trong thảm dăm khi ép nhiệt

ra nhanh, nhiệt độ sôi có thể tăng lên

T4 Nhiệt độ lớp giữa không đổi, nước biến thành hơi, bay ra khỏi ván Nếu hơi nước không thoát ra được, lớp giữa không giữ được nhiệt độ không đổi

T5 Tiếp xúc gia nhiệt, nhiệt độ lớp giữa tăng dần, cao hơn nhiệt độ sôi,

và gần cới nhiệt độ của bàn ép, cho đến khi kết thúc ép nhiệt

Để rút ngắn thời gian ép nhiệt của ván dăm, ta có thể nhanh chóng đạt đến nhiệt độ lớp giữa không đổi T4, độ dốc của T2 càng lớn càng tốt, T1 cố gắng rút

ngắn,… hay nói cách khác là dùng mọi biện pháp để làm tăng quá trình truyền nhiệt vào lớp giữa Có rất nhiều biện pháp cụ thể như tăng nhiệt độ bàn ép, tăng lực ép với thảm dăm để tăng tốc độ truyền nhiệt vào lớp giữa

Kích thước và hình dạng dăm cũng ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt trong thảm dăm Thảm dăm do dăm nhỏ, mùn cưa hoặc sợi tạo thành thì tốc độ truyền nhiệt của thảm dăm nhanh hơn so với thảm dăm do dăm có kích thước lớn hình thành Sở dĩ như vậy là vì có một bộ phận dăm trong thảm dăm nghiêng một góc nhỏ mà tốc độ truyền nhiệt dọc thớ là nhanh nhất

Độ ẩm của thảm dăm và phân bố của nó là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới tính năng của ván

Độ ẩm của thảm dăm trước khi ép nhiệt có từ 3 nguồn

Trước tiên, sau khi sấy dăm, theo yêu cầu công nghệ, dăm không khô tuyệt đối, trong dăm vẫn còn một lượng nước nhất định Độ ẩm dăm khô từ 2 –

5 % Nếu dùng keo dạng bột thường độ ẩm tương đối cao Như thế sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hình thành lớp keo trong khi trộn keo

Nguồn thứ 2 là lượng nước do dung dịch keo mang vào khi trộn keo Nếu trong sản xuất sử dụng keo ure – formaldehyte thì tỷ lệ chất khô khoảng 65%

Có khi để tạo thuận lợi cho quá trình phun keo, người ta pha loãng đẻ tỷ lệ chất khô đạt từ 55 – 60 % Tỷ lệ chất khô trong keo phenol- formaldehyte khác biệt tương đối lớn, có loại keo phenol- formaldehyte tỷ lệ chất khô đạt 20 – 25 % trong đó sản xuất ván dăm thường dùng keo phenol- formaldehyte có tỷ lệ chất khô đạt khoảng 40 %, nghĩa là nước chiếm khoảng 60% Trong nhiều trường hợp, nước quá nhiều đã làm cho độ ẩm cuối của thảm dăm có thể tăng lên trên11%

Nguồn thứ 3 do phản ứng đa tụ khi keo đóng rắn tạo ra Theo tài liệu nghiên cứu, nếu tăng tỷ lệ khô của keo ure-formandehyte thềm 6% thì độ ẩm trong thảm dăm tăng lên 0,9 %