Nghiên cứu mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm gỗ và chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm dăm gỗ

Năm 2000, Frank Beall một giáo sư khoa học gỗ của California trên một bài báo đã công bố “Fundamenta Properties of rice straw in comparison with softwood” khi nghiên cứu và so sánh các t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

KIỀU VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA TỶ LỆ HỖN HỢP RƠM - GỖ

VÀ CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM HỖN HỢP RƠM – DĂM GỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ván dăm là một loại vật liệu composite đã được nghiên cứu khá sớm, bắt đầu từ năm 1887, nhưng chỉ được sản xuất với quy mô công nghiệp từ những năm 40 của thế kỷ 20 Ngành công nghiệp ván dăm chỉ thực sự phát triển mạnh từ những năm 70 trở lại đây Nghiên cứu về ván dăm đã có những thành công lớn, đặc biệt là công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ đã 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:

Thứ nhất: Tạo sản phẩm mới

+ Ván dăm dạng xốp

+ Ván dăm không sử dụng keo

+ Ván dăm sử dụng keo ít gây ô nhiễm

Thứ hai: Tìm loại nguyên liệu mới thay thế gỗ:

Hình 1: Cánh đồng lúa

+ Tìm các loại vật liệu sợi cellulose mới ngoài gỗ; kết hợp vật liệu cellulose với vật liệu khác;

+ Sử dụng thứ, phế liệu nông, lâm nghiệp

Thứ ba: Nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có (tăng khả năng chống ẩm,

nâng cao chất lượng bề mặt ván)

Việt Nam là một nước nông nghiệp có nền văn minh lúa nước lâu đời Sản lượng lúa hàng năm ở nước ta đạt khoảng 36 triệu tấn (theo thống kê năm

2007 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) Với ước tính lượng rơm

rạ chiếm khoảng 50% khối lượng lúa khô Như vậy, lượng rơm rạ hàng năm ở Việt Nam sẽ là hàng chục triệu tấn Tuy nhiên ở Việt Nam, rơm rạ vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu quả do đặc điểm thu gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng miền có khác nhau

Hình 2: Rơm được bảo quản làm chất đốt và thức ăn cho gia súc

Từ thực tế cho thấy những năm trở về trước rơm rạ được sử dụng làm chất đốt và làm thức ăn cho gia súc ở các hộ gia đình, làm vật liệu lót thùng

để vận chuyển trái cây, đồ sành sứ,… Những năm gần đây khi đời sống người dân được nâng cao rơm rạ được thay thế bởi các nguồn nhiên liệu khác như than, củi, ga, điện, nông nghiệp đã được cơ giới hoá, chăn nuôi gia súc giảm đáng kể, nguồn rơm rạ lúc này đang trở thành dư thừa, nhiều nơi đã tìm đến giải pháp đốt ngay trên đồng ruộng, thậm chí ngay trên cả đường đi Theo nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khói rơm là một loại khí độc, khói thải ra

từ rơm rạ có chứa 70% khí CO2, 7% khí CO nên ảnh hưởng rất lớn đến môi trường [38]

Trong những năm gần đây, ở Việt Nam đã có một số những nghiên cứu

về rơm rạ nhưng chỉ để ứng dụng làm thức ăn cho chăn nuôi gia súc tập trung, làm phân bón, làm bìa cattong, bao bì, để xử lý Crôm trong nước thải, trồng nấm sinh học [38] Còn việc nghiên cứu rơm để sản xuất ván dăm thì chưa có

Hình 3: Người dân đốt rơm rạ ngay trên đường đi

công trình nào đề cập tới Nghiên cứu tạo ván dăm từ rơm rạ có thể theo các hướng như sau: thứ nhất, tạo ván dăm thông thường từ rơm; thứ hai, tạo ván dăm từ hỗn hợp rơm - dăm gỗ; thứ ba, tạo ván dăm không keo từ rơm Nếu theo hướng nghiên cứu tạo ván dăm từ hỗn hợp rơm – dăm gỗ thì các vấn đề đặt ra là yếu tố công nghệ như thế nào, mức độ ảnh hưởng của rơm đến chất lượng ván ra sao, mức độ thay thế của rơm là bao nhiêu thì phù hợp,…

Xuất phát từ những luận điểm nêu trên, dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Nguyễn Văn Thiết tôi tiến hành luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ngay từ đầu thập niên 20 của thế kỷ 20 việc nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu là phế liệu nông nghiệp đã được các nhà khoa học triển khai Đầu tiên phải kể đến sản xuất ván dăm từ bã mía, đây có thể được coi là loại phế liệu nông nghiệp đầu tiên được đưa vào sản xuất ván nhân tạo

ở dạng công nghiệp Đến cuối thập niên 40 của thế kỷ 20 các loại phế liệu nông nghiệp khác đã được nghiên cứu và đưa vào sản xuất các loại ván nhân tạo khác nhau, những nguyên liệu này như: thân cây ngô, thân cây bông, thân cây thuốc lá, rơm rạ, thân cây lúa mạch, thân cây lạc, thân cây đỗ,… Đến khoảng thập niên 70 của thế kỷ 20 thì nguyên liệu sử dụng rơm rạ sử dụng trong sản xuất ván dăm đã được ứng dụng khá rộng rãi Đầu tiên là nguyên liệu rơm rạ được sử dụng công nghệ sản xuất ván dăm truyền thống để sản xuất, sử dụng keo UF làm chất kết dính [36] Một trong những nước lợi dụng nguồn phế liệu nông nghiệp trong sản xuất ván nhân tạo lớn nhất trên thế giới

là Trung Quốc Ngay từ những năm 70 của thế kỷ trước, người Trung Quốc tiến hành nghiên cứu và đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp các loại ván nhân tạo đặc biệt là sản xuất ván dăm từ phế liệu nông nghiệp trong đó có rơm rạ, nó đã mạng lại nhiều lợi ích cho người dân Tuy nhiên, việc sản xuất ván dăm từ phế liệu nông nghiệp nói chung, từ rơm rạ nói riêng vẫn còn tồn tại khá nhiều vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu giải quyết nhằm nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, phù hợp với người tiêu dùng Đó là các vấn đề về nguyên liệu, công nghệ, chất kết dính, [37]

Do vậy, trong những năm gần đây việc nghiên cứu sử dụng rơm rạ trên thế giới đã được nhiều nước quan tâm, đặc biệt là các nước có sản lượng lúa cao tập trung ở vùng Đông Nam Á như Thái lan, Indonesia Tại các nước này, rơm rạ hiện được dùng để sản xuất điện năng và tro của rơm có thể dùng để làm phụ gia bê tông tại tỉnh Pichit, Thái lan và đảo Bali, Indonesia [37]

Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) đã nghiên cứu sử dụng tro từ rơm rạ

để thay thế amiăng trong chế tạo má phanh Rơm cũng được sử dụng để sản xuất ván sợi từ xi măng cho kết quả khả quan [22]

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 [30] 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 [20]

Năm 2000, Frank Beall một giáo sư khoa học gỗ của California trên một bài báo đã công bố “Fundamenta Properties of rice straw in comparison with softwood” khi nghiên cứu và so sánh các thuộc tính của rơm lúa với gỗ lá kim cho thấy rơm lúa là một loại nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho sản xuất ván dăm thông thường, MDF, OSB và ván dăm có khối lượng thể tích thấp, đây là hướng nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ dần dần trong sản xuất ván nhân tạo [33]

Năm 2000, nhà khoa học Zhang-Yu-Kun đã nghiên cứu thấy rằng trên rơm rạ có chất sáp (wax), chất này kỵ nước, làm giảm khả năng dán dính, khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm làm chất kết dính trở nên khó khăn Giải pháp cho vấn đề này

là sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) - là loại keo khá đắt,

để sản xuất Tuy nhiên, do giá thành sản phẩm trở nên khá đắt, không tạo

được sự cạnh tranh trên thị trường, nếu sử dụng loại keo này để sản xuất thì cũng sẽ gặp rất nhiều khó khăn [30]

Với công trình “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 [24]

“Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa mì có khối lượng thể tích trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003 Nghiên cứu sử dụng bốn 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, cường độ uốn tĩnh (MOR) của ván từ rơm không xử lý là 6,36 MPa và rơm xử

lý là 9,34 MPa Còn cường độ liên kết bên trong (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 [36]

“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 [25]

“Nghiên cứu tính chất chịu kéo và chịu nén của ván dăm có khối lượng thể tích 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 đứt 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 [35]

“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 Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có khối lượng thể tích là 0,4 g/cm3, 0,6 g/cm3 và 0,8 g/cm3 với 3 mức tỷ lệ hỗn hợp rơm là 10%, 20% và 30%, chất kết dính là 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: cường độ uốn tĩnh đạt 140-290 psi khi khối lượng thể tích là 0,4 g/cm3; đạt 700-900 psi khi khối lượng thể tích là 0,6 g/cm3 và đạt 1400-

2900 psi khi khối lượng thể tích là 0,8 g/cm3 [27]

Li xiaoping, Gao wei năm 2007 đã tiến hành nghiên cứu sản xuất ván dăm dạng lõi rỗng từ hỗn hợp nguyên liệu rơm rạ và gỗ, nguyên liệu gỗ sử dụng ở nghiên cứu là loài gỗ Dương Changtong Mei, Zhou dingguo năm

2001 đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ giữa dăm từ nguyên liệu rơm rạ với dăm gỗ đến cường độ ván dăm hỗn hợp tạo thành, chất kết dính là keo UF [21]

Như vậy trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về rơm rạ, và cũng đã sử dụng rơm rạ để sản xuất ván ép Kết quả các công trình nghiên cứu

và thức tế sản xuất cũng cho thấy rằng:

- Việc sử dụng thuần túy nguyên liệu rơm rạ vào sản xuất ván nhân tạo nói chung và sản xuất ván dăm nói riêng, với chất kết dính là keo UF đã gặp phải không ít những khó khăn, đó là quá trình dán dính, cường độ ván thấp

Do rơm rạ có đặc điểm là phía vỏ bên ngoài có lớp sáp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn Một trong các giải pháp cho vấn đề này là sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) – là loại keo khá đắt, để sản xuất.Tuy nhiên, giá thành sản phẩm cao, khó tạo nên được sự cạnh tranh trên thị trường

- Giải pháp xử lý nguyên liệu nhằm tăng khả năng dán dính của rơm rạ trước khi ép bằng các phương 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 là lúa mì, lúa mạch, còn nguyên liệu rơm rạ từ lúa gạo rất hạn chế

- Việc kết hợp rơm rạ với gỗ để tạo ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ cũng là một giải pháp rất tốt Nó vừa tận dụng được rơm rạ - phế liệu trong nông nghiệp, vừa có thể tạo ra ván đảm bảo về chất lượng cũng như giá thành sản phẩm Vấn đề này đã được hai nhà khoa học Trung Quốc Changtong Mei

và Dingguo Zhou nghiên cứu năm 2001 với công trình “Effect of Straw

Substitution Level on Properties of Wood-straw Hybrid Particleboard” Kết

quả nghiên cứu cho thấy rằng mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ rơm đến chất lượng của ván là rất lớn, đặc biệt trong khoảng tỷ lệ rơm dưới 50% Tỷ lệ rơm tốt nhất để tạo ra ván là khoảng 20% đến 30% [21] Tuy nhiên kết quả đó là với ván được tạo ra trong điều kiện về nguyên liệu rơm, gỗ, chất kết dính của Trung Quốc, ván sản phẩm cũng được kiểm tra theo tiêu chuẩn Trung Quốc

Do vậy vấn đề này cũng cần tiếp tục được ứng dụng nghiên cứu và kiểm nghiệm theo điều kiện của Việt Nam

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Theo định hướng nghiên cứu tìm nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ trong sản xuất ván dăm, đặc biệt là sử dụng thứ, phế liệu nông, lâm nghiệp, các nhà khoa học đã ứng dụng những thành quả khoa học trên thế giới vào điều kiện Việt Nam Các nghiên cứu cũng đã tập trung vào nguồn nguyên liệu phi gỗ như: tre, sơ dừa, bã mía, thân cây cọ,

Công trình “Nghiên cứu cọng dừa nước để tạo ván dăm” đã được PGS.TS Nguyễn Trọng Nhân, Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam tiến hành Đề tài đã được nghiệm thu năm 1997, tác giả đã đưa ra được qui trình công nghệ và một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để sản xuất ván dăm từ cọng dừa nước [10]

Trên cơ sở nguồn sơ dừa rất phong phú tại các tỉnh Nam Bộ, Hoàng Xuân Niên (2004) đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm

từ nguyên liệu sơ dừa Từ kết quả nhận được, tác giả đã khẳng định sơ dừa đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu sản xuất ván dăm, nghiên cứu đã xây dựng

cơ sở lý thuyết về lực cắt và các thông cơ bản của công nghệ sản xuất ván Ván dăm sơ dừa đáp ứng tiêu chuẩn làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc

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 dùng ván dăm rơm - xi măng; lõi là tấm polystyren) trong công trình xây dựng, và đã bước đầu ứng dụng thử nghiệm tại đồng bằng sông Cửu Long [13]

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

Năm 2008, Công ty du lịch Vĩnh 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

Như vậy, ở nước ta việc tận dụng rơm rạ - phế liệu trong sản xuất nông nghiệp để sản xuất ván nhân tạo, đặc biệt là để sản xuất ván dăm chưa được tập trung nghiên cứu Do đó, cần nên thừa kế những kết quả đã đạt được trên thế giới, nghiên cứu ứng dụng vào điều kiện thực tế của Việt Nam Để tận dụng được nguồn rơm rạ rất rồi rào trong sản xuất nông nghiệp, mang lại nhiều lợi ích cho người dân

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Nghiên cứu xây dựng được mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ

và chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, cho loại ván một lớp và ván ba lớp

+ Xác định được tỷ lệ trộn hợp lý để tạo ra ván có chất lượng phù hợp với tiêu chuẩn dùng trong sản xuất đồ mộc dân dụng

1.3 Đối tượng nghiên cứu

+ Mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm – gỗ và chất lượng sản phẩm ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ

1.4 Phạm vi nghiên cứu

+ Nguyên vật liệu:

- Rơm được lấy tại khu vực huyện Chương Mỹ - Hà Nội, giống lúa Q5

- Gỗ Keo lai 6 ÷ 8 năm tuổi, được lấy tại khu vực Núi Luốt - Xuân Mai

- Chương Mỹ - Hà Nội

- Chất kết dính là keo UF của hãng DYNEA Dựa vào đặc điểm của nguyên liệu liệu, hình dạng, kích thước dăm, dựa vào một số tài liệu có liên quan, chúng tôi chọn tỷ lệ dùng trung bình là 12% so với lượng dăm khô kiệt

+ Sản phẩm: Tạo hai loại ván mẫu là một lớp và ba lớp, kích thước ván

650 x 650 x 12 (mm), khối lượng thể tích 0,75g/cm3, loại ván 3 lớp có tỷ lệ kết cấu 1:3:1, độ ẩm cuối cùng của ván là 10%

+ 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

+ Chế độ ép: Dựa vào các tài liệu có liên quan chọn chế độ ép như sau:

áp suất ép lớn nhất Pmax = 2,5MPa; nhiệt độ ép T = 160oC; thời gian ép 0,6 phút/mm chiều dày

+ Yếu tố nghiên cứu: tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ, tính theo phần trăm khối lượng của mỗi loại so với tổng lượng dăm dùng Trên cơ sở các kết quả đã nghiên cứu (Changtong Mei and Dingguo Zhou Nanjing Forestry University, nanjing October 31 - November, 2001, China) cho rằng khoảng tỷ lệ hỗn hợp rơm rạ - gỗ tốt nhất để tạo ra ván là từ 20 – 30% [21] Vì vậy, tôi lựa chọn khoảng tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ để nghiên cứu là 15%, 20% , 25% , 30% và 35%cho cả ván một lớp và ván ba lớp

+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm:

- Ván mẫu được kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 7756-1÷12 : 2007 (Ván gỗ nhân tạo – Phương pháp thử)

- Các tính chất cơ lý được kiểm tra là: khối lượng thể tích; độ trương nở chiều dày; độ bền uốn tĩnh; mô đun đàn hồi uốn tĩnh; độ bền kéo vuông góc

bề mặt

1.5 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu về đặc điểm, tính

chất của nguyên liệu rơm rạ, gỗ

- Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu các tài liệu, các công trình trong nước và ngoài nước có liên quan, kế thừa các kết quả đã

đạt được để mở rộng phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa

tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và khối

lượng thể tích (γ) của ván

- Phương pháp thực nghiệm: Đề tài chọn phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố Sử dụng tiêu chuẩn TCVN 7756-4 : 2007 để kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa

tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và cường

độ uốn tĩnh (MOR) của ván

- Phương pháp thực nghiệm: Đề tài chọn phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố Sử dụng tiêu chuẩn TCVN 7756-6 : 2007 để kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa

tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và độ bền

kéo vuông góc (IB) của ván

- Phương pháp thực nghiệm: Đề tài chọn phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố Sử dụng tiêu chuẩn TCVN 7756-7 : 2007 để kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Đánh giá kết quả thực nghiệm

và xác định tỷ lệ hỗn hợp rơm -

gỗ hợp lý

- Xử lý số liệu bằng phương pháp thống

kê toán học

1.6 Ý nghĩa của đề tài

+ Ý nghĩa về mặt lý luận: Nghiên cứu nhằm đánh giá được mức độ ảnh

hưởng của tỷ lệ rơm trong hỗn hợp rơm - gỗ đến chất lượng ván Qua đó cũng

có thể đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ rơm đến giá thành sản phẩm

+ Ý nghĩa về mặt thực tiễn: Từ kết quả nghiên cứu xác định được tỷ lệ

rơm phù hợp, đề xuất được các giải pháp về mặt công nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần đa dạng hoá nguồn nguyên liệu trong sản xuất ván dăm, hạ giá thành sản phẩm, tận dụng nguồn phế liệu trong sản xuất nông nghiệp, tăng thu nhập cho người nông dân, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Đặc điểm của gỗ Keo lai

Theo tài liệu của GS.TS Lê Đình Khả [6] Keo lai tên gọi tắt để chỉ giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng (acacia mangium Will) và Keo lá tràm (Acacia auriculifomis) Giống Keo (Acacia) thuộc chỉ thực vật họ đậu (Leguminosae),

họ phụ Trinh nữ (Mimosoideae)

Giống lai tự nhiên này được Messrs Herburn và Shim phát hiện lần đầu vào năm 1972 trong số các cây Keo tai tượng trồng ven đường Sook telupid thuộc bang Sbah bah của Malaysia Đến năm 1978, sau khi xem xét mẫu tiêu bản thực vật ở Queensland (Australia) Pedglay đã xác định đó là giống lai tự nhiên giữa Keo lai tượng và Keo lá tràm [6]

Vì có khả năng phát triển tốt, nên trong công trình nghiên cứu của mình Griffin – 1988 đã nhân giống bằng hom, nuôi cấy mô phân sinh Sau 1 năm, cây mô cao tới 1,09m Năm 1991, CyrilPinso và Robert Nasi, khi nghiên cứu

về sự phát triển của cây keo lai đã nhận xét: “Gỗ của cây Keo lai là trung gian giữa Keo tai trượng và Keo lá tràm, có phần tốt hơn gỗ Keo tai tượng song có

sự biến động lớn [6]

Keo lại được phát hiện ở Thái Lan (Kijika, 1992), ở Inđônesia năm 1992

đã bắt đầu nghiên cứu trồng Keo lai từ mô phân sinh, cùng Keo tai tượng, Keo lá tràm (Umboh et al, 1993) Keo lai tự nhiên còn tìm thấy trong vườn ươm Keo tai tượng (lấy giống từ Malaysia) của trạm nghiên cứu Jon – Pu của viện nghiên cứu Lâm nghiệp Đài Loan (KiangTao et al, 1998) và ở khu trồng Keo tai tượng tại Quảng Châu (Trung Quốc) Đến nay cây Keo lai đang được

trồng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Công việc nghiên cứu về sinh trưởng và sử dụng Keo lai cũng đang được nhiều quốc gia quan tâm

Ở nước ta, Keo lai được Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng (Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam) phát hiện tại Ba Vì (Hà Tây), Đông Nam Bộ

và Tân Tạo (Thành Phố Hồ Chí Minh), và lác đác ở Trung Bộ, Ở Tây Nguyên (Pleiku, Kon Hà Nừng), ở Hòa Bình, Phú Thọ, Tuyên Quang

Giống Keo lai đã được phát hiện và khảo nghiệm đợt 1 trong các năm

1993 đến 1995 Từ năm 1996 Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng đã phối hợp với đơn vị khác tiếp tục tiến hành các nghiên cứu về Keo lai Các nghiên cứu này là chọn lọc thêm các cây Keo lai tự nhiên, xây dựng các dòng khảo nghiệm vô tính, tiến hành đánh giá tiềm năng bột giấy của Keo lai, khả năng cải tạo đất của Keo lai, cũng như tiến hành các khảo nghiệm các dòng Keo lai được chọn ở các vùng sinh thái khác nhau

Keo lai được phát hiện hầu như khắp các vùng sinh thái chính trong cả nước Qua khảo nghiệm các dòng Keo lai được lựa chọn ở một số vùng sinh thái chính Kết quả theo dõi sau 2-3 năm có thể thấy rằng Keo lai cũng giống như hai loại Keo bố mẹ có biên độ sinh thái rộng có thể gây trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau và nó đã được trồng khảo nghiệm ở một số vùng sinh thái trong cả nước Các loại Keo lai do Hội đồng khoa học kỹ thuật của

Bộ Lâm nghiệp (cũ) chọn và khuyến nghị đưa vào thử nghiệm Kết quả cây Keo lai phát triển nhanh là: Hàm Yên (Tuyên Quang), Bình Thanh (Hòa Bình), Phú Lương (Thái Nguyên), Đông Hà (Quảng Trị), Long Thành (Đồng Nai) Trong ba năm đầu có thể đạt năng suất 19-27m3/ha/năm Những nơi Keo lai phát triển chậm như: Đại Lải (Vĩnh Phúc) chỉ đạt năng suất 5,7-13,5m3/ha/năm Đến năm 1999 GS.TS Lê Đình Khả đã công bố công trình

“Nghiên cứu sử dụng giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm” [6]

Đặc điểm nổi bật của giống Keo lai là có ưu thế lai hết sức rõ rệt về sinh trưởng Ưu thế này đã thể hiện rõ ở Ba Vì lẫn Đông Nam Bộ Điều tra sinh trưởng tại rừng trồng Keo tai tượng có xuất hiện Keo lai tại Ba Vì cho thấy Keo lai có sinh trưởng nhanh hơn Keo tai tượng 1,2-1,6 lần về chiều cao

và 1,3-1,8 lần về đường kính Ở giai đoạn 4 tuổi rưỡi Keo lai có thể tích gấp hai lần Keo tai tượng Tại Sông Mây (Đồng Nai), khi so sánh với Keo lá tràm cùng tuổi đã thấy Keo lai sinh trưởng hơn Keo lá tràm 1,3 lần về chiều cao, 1,5 lần về đường kính [6]

Hệ số biến động đường kính và chiều cao của Keo lai nhỏ hơn Keo tai tượng nhưng lớn hơn Keo lá tràm, nghĩa là ở vị trí trung gian giữa hai loại Keo này Nói cách khác Keo lai còn có ưu điểm là đường kính và chiều cao đồng đều hơn Keo tai tượng, Cây lai vượt lên trên tán rừng Keo tai tượng, thân thẳng tròn đều, tán lá phát triển cân đối, ở một số nơi khác tại nước ta keo lai có tán xum xuê hơn Keo tai tượng, Song nhiều thân hoặc cành nhánh lớn và không ít trường hợp ngọn kém phát triển Vì thế không phải cứ phát hiện ra Keo lai là có thể nhân giống đưa vào sản xuất được, mà phải qua một quá trình chọn lọc cẩn thận những cây sinh trưởng tốt nhất, vượt trội, đồng thời có nhiều tính ưu việt khác Theo nghiên cứu của GS.TS Lê Đình Khả sau khi giống Keo lai được phổ biến, một số nơi đã dùng hạt của cây Keo lai đời F1 (tức dùng cây lai đời F2) để gieo ươm và gây trồng rừng mới Kết quả những rừng trồng này vừa có tỷ lệ cây hôn tạp lớn vừa sinh trưởng kém, thậm chí còn kém hơn cả Keo Tai tượng Vì vậy muốn giữ được tính đồng nhất và

ưu thế lai của đời lai F1 của các dòng Keo lai ưu việt phải dùng biện pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô phân sinh và giâm hom

Từ chọn lọc và khảo nghiệm giống lai tự nhiên giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm đã xác định được một số dòng keo lai có năng suất cao và có chất lượng thân cây thẳng đẹp GS.TS Lê Đình Khả đã nghiên cứu lai giống nhân tạo bằng thụ phấn có kiểm soát là phương thức cho phép kết hợp các tình hình mong muốn trong một giống lai, làm cơ sở cho chọn giống trong các giai đoạn kế tiếp

Ngoài những nghiên cứu trên, còn có các nghiên cứu cơ bản về gỗ cây Keo lai:

Nghiên cứu tình chất cơ vật lý của Keo lai do Phòng tài nguyên rừng thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tiến hành hầu hết các tình chất cơ vật lý như độ co rút, độ hút ẩm, lực chống uốn tĩnh, lực chống uốn va đập, lực chống trượt và lực trống tách của Keo lai 5 tuổi tại Ba Vì [11] cho kết quả như sau:

- Uốn tĩnh xuyên tâm: 1022 kg/cm2

- Uốn tĩnh tiếp tuyến: 1003 kg/cm2

- Uốn va đập xuyên tâm: 0,67 kg/cm2

- Uốn va đạp tiếp tuyến: 0,66 kg/cm2

- Trượt dọc xuyên tâm: 111 kg/cm2

- Trượt dọc tiếp tuyến: 157 kg/cm2

- Sức chống tách xuyên tâm: 9,7 kg/cm

- Sức chống tách tiếp tuyến: 14,3 kg/cm

- Mô đun uốn xuyên tâm: 93 kg/cm2

- Mô đun uốn tiếp tuyến: 88 kg/cm2

Nghiên cứu sử dụng Keo lai làm nguyên liệu giấy của GS.TS Lê Đình Khả [6], khi phân tích thành phần hóa học tại Viện Công nghiệp giấy và Cellulose thuộc Tổng Công ty giấy Việt Nam cho thấy (bảng 2.1):

Bảng 2.1: Các thành phần hoá học chính của gỗ Keo lai

TT Các thành phần hóa học chính Tính theo % khối lượng gỗ khô

Qua các kết quả nghiên cứu đã kết luận: Keo lai có khối lượng thể tích trung bình và trung gian giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm đạt 0,455 g/cm3 Hàm lượng xelulo của Keo lai tương đương với Keo tai tượng và cao hơn các loại Bồ đề, Mỡ, Bạch đàn liễu, Bạch đàn urophylla…

Trong luận văn thạc sỹ khoa học lâm nghiệp của Nguyễn Hồng Nhiên (2002) [11] đã nghiên cứu một số tính chất công nghệ gỗ Keo lai phục vụ cho sản xuất ván dăm Nguyên liệu gỗ được lấy tại Suối Hai – Ba Vì với ba cấp tuổi bao gồm 4, 6 và 8 tuổi Kết quả cho thấy đặc điểm của gỗ và tỷ suất dăm được thể hiện như sau:

Bảng 2.2: Đặc điểm gỗ Keo lai Suối Hai làm ván dăm

0,55 0,54

1,75 1,65 0,87

1,94 0,79 0,31

2.2 Đặc điểm của rơm

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của cây lúa

Cây lúa là cây thuộc họ hoà tảo (Gramincae) có tên khoa học là Oia Sativa, thời gian sinh trưởng ngắn (90 ÷ 100 ngày), nơi sinh trưởng chủ yếu là các vùng đất ngập nước, chiều cao đạt được tại thời điểm làm đòng từ 0,6 ÷ 2m Có rất nhiều giống lúa khác nhau như: giống ngắn ngày, giống dài ngày, giống cao cây, giống thấp cây,… Nhưng về đặc điểm cấu tạo chung và thành phần hoá học cửa thân cây lúa khác nhau không đáng kể

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

Hình 2.1: Cấu tạo cây lúa

số lóng trên cây lúa dao động trong khoảng từ 4 ÷ 8 lóng tuỳ theo giống lúa

- Lá lúa:

Lá lúa được chia làm 2 phần là bẹ lá và phiến lá

Bẹ lá là phần bao bọc và làm tăng thêm độ cứng vững cho thân cây lúa Phiến lá là phần xoè ra để quang hợp và mất bớt một phần khi thu hoạch

Lúa là một loại cây lương thực được hơn 100 nước trên thế giới trồng làm cây 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 số liệu của trường Đại học Nông nghiệp 1 thì 1 ha có thể thu được từ 7 tấn ÷ 10 tấn thân cây lúa (còn gọi là rơm rạ), đây cũng là một trong nguồn nguyên liệu chính của đề tài

2.2.2 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của rơm rạ

Rơm là phần trên của thân cây lúa sau khi thu hoạch hết các hạt lúa, nó chính là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất lúa (hay còn gọi là thứ liệu nông nghiệp) Sự khác biệt giữa rơm và rạ chỉ là tương đối, các tên gọi này dùng để phân biệt phần trên (rơm) và phần dưới (rạ) của thân cây lúa Tuỳ theo phương pháp thu hoạch mà tỷ lệ giữa rơm và rạ là khác nhau Xét về mặt nguyên liệu, rơm để sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ ta có thể hiểu

đó là một phần của thân cây lúa

Thân cây lúa có thành phần chính là Cellulose, Hemicellulose, Lignin bởi vì nó là loại thực vật sinh trưởng tự nhiên Từ đó cho thấy rơm là loại vật liệu không đồng chất, không đẳng hướng Ngoài ra trong rơm có chứa một lượng khá lớn các chất vô cơ như: Si, Ca, Na, Mn, Mg,… đặc biệt là Silic chiếm một tỷ lệ khá lớn (17,72%) Tỷ lệ thành phần các chất trong rơm (tính theo khối lượng rơm khô) [33]

- Cellulose, Hemicellulose, Lignin : 75%

+ Khối lượng thể tích:

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 sau:

Bảng 2.3: Khối lượng thể tích của các dạng rơm khác nhau

Dạng tồn tại

Khối lượng thể tích (kg/m 3 ở điều kiện khô)

Rơm được đập nhỏ (Hammer milled) 40 - 100

Rơm dạng viên nén (Pelleted) 560 - 720

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 [33]

Một câu hỏi đặt ra là liệu khối lượng thể tích rơm thực khi so sánh với gỗ thì thế nào ? Kaup và Goss (1981) đã ước tính giá trị này dựa trên tỷ lệ các thành phần nguyên tố tạo nên rơm và tỷ trọng riêng (khối lượng thể tích riêng) của chúng Trong đó, xem khối lượng thể tích của H và O tương tự nước, có nghĩa là bằng 1000 kg/m3 Khối lượng thể tích của C ở trạng thái vô định hình là 1800 đến 2100 kg/m3 Khối lượng thể tích 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 2.4 Theo đó, khối lượng thể tích 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 khối lượng thể tích thực của rơm tăng lên Sở dĩ khối lượng thể tích thực của rơm có cao hơn của gỗ lá kim như vậy có thể là do các tinh thể Si trong cấu trúc cell rỗng, nên khối lượng thể tích thực của rơm nói chung sẽ nằm trong khoảng 1600-1650 kg/m3[33]

Bảng 2.4: 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

Các nguyên tố chủ yếu

KLTT thực ước tính (kg/m3)

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% [33]

- So sánh giữa rơm rạ với gỗ lá kim (một loại gỗ phổ biến để sản xuất ván

nhân tạo) để đánh giá khả năng sản xuất ván nhân tạo từ rơm rạ

Hình 2.2: So sánh đường cong hút-nhả ẩm của rơm rạ (Thompson 1974)

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

Theo nghiên cứu của Markessini và các cộng sự về nghiên cứu tạo ván nhân tạo từ nguồn nguyên liệu sợi thực vật thu hoạch hàng năm sử dụng keo dán UF tại Hội thảo nghiên cứu vật liệu composite/ván dăm quốc tế lần thứ

31, đã đưa ra bảng kết quả so sánh về thành phần hóa học giữa rơm lúa và gỗ Vân sam (Spruce) như sau:

Bảng 2.5: Các thành phần hoá học chính của rơm so với gỗ Vân sam

Các thành phần hóa học chính Rơm lúa (%) Gỗ Spruce (%)

và cellulose trong rơm thấp hơn gỗ Hàm lượng cellulose thấp hơn, có nghĩa

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 [30]

Ngoài ra, chúng ta cũng dễ dàng nhận thấy là hàm lượng hemicellulose cũng như thành phần các chất chiết xuất trong rơm khá cao so với gỗ Đó là

điều kiện tốt để cho nấm S Oryzae thâm nhập phá hoại Do vậy, việc bảo

quản rơm sau khi gặt lúa là một yêu cầu bắt buộc [30]

Đặc biệt ta thấy hàm lượng tro trong rơm cao hơn rất nhiều so với gỗ, đây cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến khả năng dán dính của dăm rơm

Rơm có lượng chất sáp ở vỏ cũng như hàm lượng Silic 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 hàng năm, rơm rạ là một nguồn nguyên liệu cần được quan tâm thích đáng trong thời gian tới như là một 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

2.3 Nguyên lý hình thành ván

Ván dăm là loại ván nhân tạo được sản xuất bằng phương pháp dán ép các dăm với nhau, có sự tham gia của chất kết dính trong điều kiện nhiệt độ,

áp suất và thời gian ép nhất định

Ván dăm được phân ra thành nhiều loại:

+ Theo công nghệ sản xuất ván dăm: Ván dăm theo công nghệ ép phẳng, công nghệ ép trống, công nghệ đùn (đặc, rỗng)

+ Theo trạng thái bề mặt dăm: Ván dăm không đánh nhẵn, ván dăm

được đánh nhẵn, ván dăm phủ bề mặt bằng chất phủ lỏng, ván dăm phủ mặt bằng các vật liệu khác (ván mỏng, giấy trang trí, tấm bản mỏng trang trí )

+ Theo hình dạng của ván dăm: Ván dăm phẳng, ván dăm có bề mặt

định hình và ván dăm có cạnh định hình

+ Theo kích thước và hình dạng của dăm: Ván dăm vuông, ván dăm

dẹt, ván với các loại dăm khác

+ Theo cấu trúc: Ván dăm một lớp, nhiều lớp, ván dăm tiệm biến,

ván dăm rỗng, ván dăm định hướng

+ Theo mục đích và điều kiện sử dụng: Ván dăm thông dụng, ván

dăm sử dụng trong nhà ở điều kiện khô, ván dăm chịu tải sử dụng trong xây dựng (ở điều kiện khô, ở điều kiện ẩm), ván dăm chuyên dụng (ván chịu tải lớn, ván chống sâu nấm, ván chậm cháy, ván tiêu âm) [19]

Mỗi loại ván dăm với mục đích sử dụng khác nhau thì quy trình công nghệ cũng có sự khác nhau, song về nguyên tắc chung sơ đồ dây truyền công nghệ sản xuất ván dăm như nhau

Nguyên liệu tạo ra dăm là các thực vật có sợi: gỗ tỉa thưa quá trong quá trình tu bổ rừng, gỗ cành ngọn, gỗ rừng trồng,… các vật liệu ngoài gỗ như tre, nứa, song mây, cây công nghiệp ngắn ngày, thứ liệu và phế liệu nông nghiệp

Hình 2.3: Sơ đồ dây chuyền sản xuất ván dăm

(rơm rạ, vỏ trấu, xơ dừa, bã mía…) Nguyên liệu được gia công thành dăm, với một lượng keo nhất định, ở điều kiện dán ép nào đó sẽ tạo thành ván [12]

Chất kết dính thường sử dụng trong nghiên cứu sản xuất ván dăm là

UF, P-F, U-M-F, M-F,… ván dăm thông thường cho đồ mộc thông dụng chiếm 70% keo sử dụng nhiều nhất là keo UF vì những ưu điểm của nó là: màu sáng, có thể nhuộm màu, cường độ dán dính cao, rẻ tiền, dễ sản xuất

Xu thế ngày nay trong sản xuất ván dăm người ta sử dụng máy ép nhiệt một tầng hiện đại, có khả năng ép ở nhiệt độ rất cao, thời gian ngắn nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế

+ Nhiệt độ ép:

- Nhiệt độ ép có thể lên: 210÷ 2300C, với keo P-F

- Nhiệt độ ép thường ở: 185 ÷ 2050C, với keo P-F

- Nhiệt độ ép có thể lên: 2000C, với keo UF

- Nhiệt độ ép thường ở: 160 ÷ 1850C, với keo UF

+ Áp xuất ép: P=2,5÷4,5 Mpa

+ Thời gian ép:

- Phương pháp xung kích hơi nước có thể ép: 1s/mm chiều dày sản phẩm

- Máy ép 1 tầng liên tục có thể ép: 6÷8s/mm chiều dày sản phẩm (UF)

- Máy ép nhiều tầng liên tục có thể ép: 20s/mm chiều dày sản phẩm (P-F) Ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ là dạng vật liệu composite từ rơm - gỗ, nguyên liệu rơm nghiền nhỏ thành dăm sau đó kết hợp với dăm gỗ, chúng được trộn keo và hỗn hợp đồng đều theo tỷ lệ rồi ép thành vàn Do vậy, những vấn đề về tỷ lệ nguyên liệu giữa rơm và gỗ, hàm lượng keo tráng, khối lương thể tích của sản phẩm, công nghệ ép nhiệt, chúng đều có ảnh hưởng đến tính

năng ván sản phẩm Trong kết cấu ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ, một phần dăm gỗ được thay thế bởi dăm rơm Do đặc điểm cầu tạo thân cây lúa, các thành phần hoá học có trong rơm, dăm rơm sẽ có dạng dăm dẹt, khối lượng riêng nhẹ hơn dăm gỗ, khả năng thấm hút keo, khả năng dẫn truyền nhiệt cũng khác so với dăm gỗ Do vậy quy trình công nghệ cũng sẽ khác một chút so với quy trình công nghệ sản xuất ván dăm thông thường từ nguyên liệu gỗ, đặc biệt là ở các công đoạn như: trộn keo, trải thảm, ép nhiệt,…

2.4 Các nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng ván

2.4.1 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 nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng của ván

Rơm rạ là một loại nguyên 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 trong rơm chiếm tỷ lệ khá cao, khoảng 13% đến 20% khối lượng rơm khô, gấp hàng chục lần so với gỗ Trong khi đó 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 [30] Như vậy Si là nguyên tố chiếm chủ yếu, nó chính là thành phần chống lại sự liên kết của rơm và keo, nên nó sẽ ảnh hưởng không tốt tới chất lượng của ván

Chúng ta thấy rằng, rơm rạ từ lúa có đặc điểm là có thành phần sáp (wax) ở thân vỏ, chất này kị nước, 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 sử dụng keo UF 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

Hàm lượng các thành phần hoá học khác của rơm như Cellulose, Lignin, các chất chiết suất,… cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của ván Cellulose là một trong những nhân tố quan trọng quyết định cường độ của ván dăm Nguyên liệu có hàm lượng cellulose cao, cường độ của ván dăm cao Ngược lại, nguyên liệu có hàm lượng cellulose thấp, cường độ của ván dăm sẽ thấp Hàm lượng cellulose của nguyên liệu rơm thường thấp hơn so với gỗ, do vậy cường độ ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ sẽ giảm xuống Lignin có quan

hệ mật thiết với tính ổn định của ván dăm, có ảnh hưởng nhất định đến cường

độ ván Hàm lượng lignin cao, tính ổn định kích thước của ván dăm cũng càng tốt Nhưng hàm lượng lignin của nguyên liệu rơm thấp hơn gỗ, đây là một nguyên nhân làm cho tính ổn định kích thước của ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ thấp hơn so với ván dăm gỗ Ngoài ra, đường pentozan cũng là thành phần có ảnh hưởng không tốt đến tính ổn định của ván Rơm là nguyên liệu thực vật ngoài gỗ nên hàm lượng đường pentozan cao hơn so với gỗ Đây cũng là một nguyên nhân nữa làm cho tính ổn định kích thước của ván giảm xuống Hàm lượng các chất chiết xuất tan trong nước có trong nguyên liệu rơm cũng cao hơn so với gỗ, ngoài việc chúng ảnh hưởng không tốt đến tính năng của ván, khi ép nhiệt dễ xảy ra hiện tượng dính tấm lót kim loại

Độ ẩm của nguyên liệu rơm sẽ quyết định tính dẻo hay giòn của nó Đây là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo dăm, đặc biệt ảnh hưởng đến kích thước dăm cũng như tỷ xuất dăm công nghệ sau khi nghiền Nếu nguyên liệu rơm 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 đứt gẫy, do đó trong quá trình nghiền sẽ tạo ra tỷ lệ bột cao ảnh

hưởng đến tỷ xuất dăm và chất lượng dăm Độ ẩm của nguyên liệu tốt nhất nằm trong khoảng từ 20% đến 40%

Rơm là loại nguyên liệu cũng có tính hút ẩm, nên sau khi nghiền và sấy dăm phải được bảo quản kĩ, tránh sự hút ẩm trở lại 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

2.4.2 Ảnh hưởng của nguyên liệu gỗ

Nguyên liệu gỗ để tạo ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ là gỗ Keo lai Các thông số công nghệ của gỗ là những yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của ván

+ Tuổi cây gỗ: Trong quá trình sinh trưởng của cây, các tế bào gỗ cũng đợc phát sinh và phát triển Vách tế bào dày thêm, độ cứng độ giòn tăng lên, khối lượng thể tích thay đổi, đến một tuổi nhất định thì tế bào trở thành gỗ lõi Đây là một quá trình biến đổi lý hoá phức tạp, đồng thời các chất mầu, tinh dầu, chất chát ngấm vào vách tế bào, làm cho tế bào có mầu nâu sẫm Thành phần chủ yếu tạo nên vách tế bào là sợi cellulose và lignin cũng thay đổi theo tuổi cây Vì vậy, với cây gỗ non thì độ cứng, độ bền của dăm thấp Với cây gỗ già thì độ cứng, độ bền của dăm cao, song dăm bị giòn và ở lõi gỗ xuất hiện phần gỗ già mềm xốp không có lợi cho chất lượng ván dăm Vì vậy, ở độ tuổi thành thục thì gỗ cho tỷ suất dăm và chất lượng dăm cao nhất Gỗ được sử dụng trong nghiên cứu này là gỗ Keo lai 6-8 năm tuổi

+ Khối lượng thể tích và độ cứng của gỗ: Khối lượng thể tích của gỗ tỷ

lệ thuận với độ cứng của gỗ, nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình băm dăm cũng như chất lượng của ván Độ cứng của gỗ tăng sẽ làm tăng lực khi băm dăm, tăng tỷ lệ dăm vụn, mặt khác làm tăng độ cứng của dăm, cản trở khả năng tiếp xúc giữa các bề mặt dăm, làm giảm diện tích tiếp xúc khi ép, do vậy

làm giảm chất lượng ván Các loại gỗ nhẹ khi tạo ra cùng một khối lượng thể tích ván sẽ có áp lực ép cao hơn, mật độ phần tử dăm nhiều hơn, nên tạo ra ván tốt hơn Khối lượng thể tích của gỗ phù hợp cho sản xuất ván dăm là 0,4-0,6 g/cm3 Với gỗ Keo lai 6-8 năm tuổi thì khối lượng thể tích trung bình đạt 0,47 g/cm3, như vậy rất phù hợp cho sản xuất ván dăm [11]

+ Gỗ giác, gỗ lõi: Gỗ giác thường mềm dẻo hơn nên phù hợp với công nghệ ván dăm, nhưng tính chất cơ lý, độ bền tự nhiên kém hơn Gỗ lõi thường cứng và giòn hơn nên làm giảm chất lượng và tỷ suất dăm Phần giữa của gỗ lõi thường có phần gỗ già, phần này rất giòn do vậy làm giảm tính chất của ván Đối với loại gỗ có giác lõi phân biệt, sẽ gây nên sự chênh lệch tính chất của các phần tử dăm, làm giảm tính chất của ván

+ Tỷ lệ vỏ: Thành phần hoá học của vỏ cây rất phức tạp Thông thường

vỏ cây gây ảnh hưởng không tốt đến tính năng của ván dăm Vỏ cây làm giảm cường độ và tính ổn định kích thước và làm cho màu sắc bề mặt ván sẫm và thô nhám hơn Nhưng khi tỷ lệ vỏ trong nguyên liệu nhỏ hơn 10%, ảnh hưởng này lại không rõ rệt Khi tỷ lệ vỏ lơn hơn 10% những ảnh hưởng không có lợi tăng lên Với tỷ lệ vỏ trong dăm chiếm trong dăm từ 10 ÷ 12% thì ứng suất của ván dăm một lớp giảm từ 9 ÷ 16%, ván dăm ba lớp giảm từ 5 ÷ 10% Do vậy, lượng vỏ trong ván càng ít càng tốt, đối với ván không yêu cầu chất lượng cao cho phép lượng vỏ khoảng 10-12%

+ Tỷ lệ mắt gỗ: Mắt gỗ là dấu vết của cành nhánh để lại trên thân cây Mắt gỗ có ảnh hưởng rất lớn đến tỷ suất dăm Mắt gỗ có nhiều loại như mắt sống, mắt chết, mắt mục Mắt gỗ thường xuất phát từ tâm ra ngoài, nằm ngang chiều thân cây Vì vậy, khi băm dăm thì phần này sẽ bị băm ngang thớ

và trở thành bụi gỗ Tại các vị trí mắt, phần gỗ xung quanh bị nghiêng thớ, xoắn thớ và có độ cứng cao hơn chỗ bình thường Do vậy, khi băm dăm xẩy

ra hiện tượng đứt ngang thớ dẫn đến tỷ lệ dăm vụn tăng Mặt khác, trong quá trình băm dăm, khi gặp mắt gỗ chiều thớ và độ cứng thay đổi đột ngột, dễ gây

ra hỏng dao băm

+ Độ ẩm gỗ: Độ ẩm gỗ ảnh hưởng đến quá trình băm dăm, sấy dăm Nếu độ ẩm của gỗ quá thấp, gỗ giòn khi băm dăm sẽ tạo ra vụn nhiều, giảm tỷ suất dăm Nếu độ ẩm của gỗ quá cao, sẽ kéo dài thời gian sấy dăm Độ ẩm gỗ thích hợp là từ 40÷60%

+ Độ pH của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình đóng rắn của keo Thông thường độ pH của gỗ vào khoảng 6,0÷6,5 là thích hợp, nếu độ

pH nằm ngoài khoảng đó thì cần phải điều chỉnh lượng chất đóng rắn cho phù hợp

2.4.3 Ảnh hưởng của chất kết dính

Trong sản xuất ván nhân tạo chất kết dính có tác dụng liên kết các phần

tử của phôi liệu lại với nhau, nó đảm bảo sao cho sau khi thực hiện quá trình dán ép các phần tử phải liên kết lại với nhau và đạt được một cường độ chịu lực nhất định Vì vậy, chất kết dính - keo dán sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối dán cũng như chất lượng ván Sự ảnh hưởng của chất kết dính tới chất lượng của sản phẩm có thể được mô tả bằng hàm sau:

 = f (x1, x2, x3, x4, x5) Trong đó:  - là hàm mục tiêu chất lượng mối dán;

+ Lo¹i keo:

Keo thường dùng để sản xuất ván dăm là keo UF đóng rắn nhanh Chất đóng rắn là NH4CL hoặc hỗn hợp dung dịch NH4CL và uotropin (CH2)6N4 Tính năng của keo UF tốt, ít độc, giá thành hạ, năng lực thẩm thấu mạnh Tuy nhiên khi trộn keo cần phải trộn đều tránh hiện tượng keo tạo thành vùng lớn trên mặt ván Vì thế khi pha keo cần cho thêm một lượng chất độn thích hợp

để tăng độ nhớt của keo, giảm khuyết tật của ván [18]

Mỗi một loại keo có thông số và đặc tính riêng, mỗi một loại keo phù hợp với một số loại vật dán và chỉ phù hợp với một số loại hình công nghệ nhất định Vì vậy, lựa chọn keo phải phù hợp vật dán, phù hợp với công nghệ, phù hợp với mục đích sử dụng, đảm bảo chất lượng sản phẩm Các loại keo thường dùng cho ván dăm là: UF, M-UF, P-F,…

Đối với ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ, nguyên liệu để tạo ra ván có

cả rơm và gỗ Như vấn đề đã nêu, trên bề mặt rơm có chất sáp, chất này làm cho bề mặt dăm rơm trơ bóng Nếu sử dụng loại keo thông dụng như keo UF dẫn đến việc dán dính sẽ khó khăn Vì loại keo này không có khả năng làm mềm hoá bề mặt dăm, khó tạo điều kiện cho keo thẩm thấu lên dăm Do vậy

sẽ làm giảm khả năng dán dính của dăm rơm

+ Hàm lượng khô của keo:

Hàm lượng khô của keo có ảnh hưởng đến chất lượng dán dính, vì trong quá trình ép dung môi của keo chủ yếu được dăm gỗ hút ẩm Nếu hàm lượng khô thấp sẽ làm cho độ nhớt của keo giảm đáng kể dẫn đến khả năng dán dính của keo giảm Ngược lại, nếu hàm lượng khô của keo cao thì keo nhanh đóng rắn, do vậy keo thường không đều, chất lượng ván sẽ không cao Yêu cầu hàm lượng khô của keo dùng trong công nghệ sản xuất ván dăm tương đối cao, từ 45%-50% [18]

+ Độ nhớt của keo:

Độ nhớt của keo ảnh hưởng rất lớn đến công nghệ sản xuất, ảnh hưởng đến khả năng trộn keo, độ đồng đều của keo, thời gian bảo quản và sử dụng keo Nếu độ nhớt của keo quá lớn, quá trình phun keo rất khó khăn, lượng keo khó được đồng đều và không có khả năng thấm ướt trên bề mặt dăm nguyên liệu Do đó sẽ làm cho chất lượng mối dán giảm, độ bền dán dính thấp Ngược lại, nếu độ nhớt của keo quá thấp, tuy khả năng phun keo lên bề mặt nguyên liệu dễ dàng nhưng lượng keo thấm vào nguyên liệu sẽ tăng lên, làm cho độ

ẩm của thảm dăm sau khi trộn keo cao, sau khi ép có thể bị tách lớp, ván sẽ dính vào tấm lót Nếu như độ nhớt của keo quá thấp khi ép keo bị tràn ra ngoài làm chất lượng sản phẩm giảm Do vậy, độ nhớt của keo quá nhỏ hoặc quá lớn đều không tốt [18]

+ Độ pH của keo:

Độ acid – bazơ của keo dán là một trong những đại lượng đặc trưng cho tính chất hoá học, nó ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ dán dính của keo Tính acid mạnh hay bazơ mạnh đều làm giảm cường độ dán dính của keo hay nó phá hoại các tổ chức tế bào nguyên liệu, làm ảnh hưởng đến lực kéo hay lực uốn xung kích của dăm nguyên liệu Vì vậy, độ pH của keo khi sử dụng phải đảm bảo không phá huỷ vật dán, độ pH của keo nhiệt rắn đóng rắn nóng ở môi trường acid yếu khoảng pH = 6,0 - 6,5 [18]

+ Lượng keo:

Trong sản xuất hiện nay giá thành của keo chiếm 20% giá thành sản phẩm, vì vậy người ta tìm mọi cách để giảm chi phí của keo trên cơ sở sau khi phun keo phải đều, liên tục trên hầu hết dăm nguyên liệu và đảm bảo cường

độ dán dính Nếu lượng keo sử dụng quá ít thì khả năng keo phun sẽ không

đủ, không liên tục làm cho chất lượng mối dán không đảm bảo Đồng thời